Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Pola i fale
Koordynator przedmiotu:
dr inż. Dawid ROSOŁOWSKI
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia I stopnia
Program:
Elektronika i Telekomunikacja
Grupa przedmiotów:
Przedmioty podstawowe
Kod przedmiotu:
PFM
Semestr nominalny:
2 / rok ak. 2014/2015
Liczba punktów ECTS:
6
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
45 h - udział w wykładach 22.5 h =- przyswojenie treści bieżących wykładów i przygotowanie do kolejnych wykładów (przejrzenie materiałów z wykładu i dodatkowej literatury, rozwiązywanie miniproblemów sformułowanych na wykładzie), 5 h - udział w konsultacjach dotyczących zagadnień teoretycznych (student może skorzystać z 5 konsultacji w semestrze), 15 h - udział w ćwiczeniach 22.5 h - przygotowanie do ćwiczeń (przyswojenie metodyki rozwiązywania zadań, rozwiązanie zadań domowych, rozwiązywanie dodatkowych zadań z bieżącej tematyki), 5 h - udział w konsultacjach z zakresu rozwiązywania zadań (student może skorzystać z 5 konsultacji w semestrze), 20 h - przygotowanie do kolokwiów: (rozwiązanie zadań przygotowujących do kolokwialnych + udział w konsultacjach) 20 h - przygotowanie do egzamin (przypomnienie teorii oraz rozwiązywanie zadań) 5 h - udział w konsultacjach przed egzaminem ŁĄCZNIE 160 h
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
3
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
2
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład45h
  • Ćwiczenia15h
  • Laboratorium0h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Do zrozumienia treści przedmiotu konieczne jest posiadanie podstawowej wiedzy z zakresu fizyki (elektryczność i magnetyzm) oraz matematyki (analiza).
Limit liczby studentów:
30
Cel przedmiotu:
Celem przedmiotu jest opanowanie podstawowych właściwości pól i fal elektromagnetycznych oraz umiejętność zastosowania zdobytej wiedzy do rozwiązania prostych zadań z tego zakresu.
Treści kształcenia:
Wykłady zawierają cechy fizyczne i opis matematyczny pól elektrycznych i magnetycznych, statycznych i dynamicznych, w przestrzeni nieograniczonej. Ponadto opisano pola w liniach transmisyjnych TEM, falowodach i pola w rezonatorach. Wstęp - Analiza wektorowa. Operacje wektorowe - gradient, diwergencja, rotacja, laplasjan. Tożsamości wektorowe. Interpretacja fizyczna. Układy współrzędnych krzywoliniowych - (2h). Elektrostatyka - Prawo Culomba. Siła działająca na ładunek w polu elektrostatycznym. Bezwirowość pola elektrostatycznego. Prawo Gaussa i jego interpretacja fizyczna. Zależność między wektorami natężenia pola, polaryzacji, indukcji. Potencjał skalarny pola elektrostatycznego. Równanie Laplace'a i Poissona - (5h). Pola magnetyczne stacjonarne - Prawo Biota-Savarta. Wektor natężenia pola magnetycznego, magnetyzacji, indukcji magnetycznej. Prawo przepływu (Ampera). Bezźródłowość pola magnetycznego. Magnetyczny potencjał wektorowy - (3h). Fala płaska w przestrzeni nieograniczonej - Klasyczna teoria pól i fal. Prawa indukcji. Równania Maxwella w postaci całkowej i różniczkowej. Interpretacja fizyczna równań Maxwella. Rodzaje ośrodków materialnych i ich własności z punktu widzenia teorii pola. Założenia i ograniczenia upraszczające układ równań Maxwella. Równania falowe w dielektryku (bezstratnym/stratnym). Fala płaska. Polaryzacja fali. Fale akustyczne (porównanie). Straty. Energia magazynowana. Twierdzenie Poyntinga. Bilans energii - (9h). Fala w różnych ośrodkach i na granicy ośrodków - Fala w plazmie. Prędkość fazowa i grupowa fali. Zjawiska wpływające na propagację fal z uwzględnieniem jonosfery. Warunki brzegowe. Fala padająca prostopadle na granicę ośrodków. Ośrodki uwarstwione - (7h). Źródła pól i promieniowanie - Potencjały pól w przypadku dynamicznym i quasistatycznym. Dipol Hertza. Podstawowe parametry anten - (5h). Prowadnice falowe - Rodzaje fal i prowadnic falowych. Rozwiązanie zagadnienia polowego w prowadnicach (liniach) TEM. Najczęściej stosowane linie TEM, parametry obwodowe oraz rozkłady pól. Falowody o przewodzących ściankach. Fale typu E i H, rozkłady pól w falowodach o przekroju prostokątnym, kołowym. Inne rodzaje prowadnic falowych. Światłowody - (9h). Pola w obszarach ograniczonych i rezonatorach - Ogólne cechy rezonatorów. Rezonatory zbudowane z odcinków linii TEM i falowodów, rozkłady pól, częstotliwość rezonansowa, dobroć. Rezonatory dielektryczne - (5h)
Metody oceny:
1. Zaliczenie przedmiotu wymaga uzyskania minimum 51 pkt podczas semestru. 2. Maksymalna liczba punktów - 100 pkt 3. Podczas wykładów, po zakończeniu działów tematycznych odbędzie się 5 kolokwiów ocenianych w skali 0 - 10 pkt 4. 50 pkt uzyskuje się z egzaminu pisemnego. Ocena wystawiana jest według ogólnie przyjętej na PW skali procentowej
Egzamin:
tak
Literatura:
Literatura podstawowa: T. Morawski, J. Zborowska "Pola i Fale" , materiały pomocnicze. D. Rosołowski, materiały wykładowe. Literatura uzupełniająca: T. Morawski, W. Gwarek "Pola i fale elektromagnetyczne", WNT, Warszawa 2013. T. Morawski, J. Zborowska " Pola i fale elektromagnetyczne : zbiór zadań", Oficyna Wydawnicza PW, 2005
Witryna www przedmiotu:
www.elka.pw.edu.pl, materiały dostępne na stronie WEiTI
Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Efekt PFM_W1
Ma podstawową wiedzę dotyczącą fal elektromagnetycznych, ich propagacji oraz stosowanego do opisu aparatu matematycznego. Ma podstawowa wiedzę dotyczącą warunków brzegowych dla pól elektromagnetycznych oraz odbicia fal od granicy ośrodków.
Weryfikacja: kolokwia, ćwiczenia, egzamin
Powiązane efekty kierunkowe: K_W02
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W07
Efekt PFM_W2
Ma podstawową wiedzę dotyczącą prowadnic falowych stosowanych w technice w.cz. (linie współosiowe, falowody). Ma podstawową wiedzę dotyczącą zasad konstrukcji rezonatorów mikrofalowych.
Weryfikacja: kolokwia, ćwiczenia, egzamin
Powiązane efekty kierunkowe: K_W13
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01, T1A_W02, T1A_W03

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Efekt PFM_U1
Umie interpretować podstawowe zjawiska fizyczne z dziedziny elektrodynamiki i fal elektromagnetycznych. Potrafi do opisu zjawisk fizycznych zastosować adekwatny model zgodny z klasyczną elektrodynamiką (równania Maxwella) lub uproszczony model obwodowy.
Weryfikacja: kolokwia, ćwiczenia, egzamin
Powiązane efekty kierunkowe: K_U19
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U09
Efekt PFM_U2
Umie ocenić głębokość wnikania fal elektromagnetycznych w ośrodki materialne, obliczyć rezystancje przewodów z uwzględnieniem efektu naskórkowego. Potrafi określić częstotliwości graniczne dla różnych rodzajów fal w prowadnicach falowych oraz przybliżone rozkłady pola dla najważniejszych praktycznie rodzajów pola. Umie obliczyć częstotliwości drgań własnych w prostych rezonatorach wnękowych oraz określić w nich przybliżone rozkłady pól.
Weryfikacja: kolokwia, ćwiczenia, egzamin
Powiązane efekty kierunkowe: K_U07
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U07