电磁场工程应用

本课程从场的概念出发,结合工程实例,讲授如何应用电磁场理论分析和解决实际电磁场工程问题。具体包括以下章节:场的概念、静电场、恒定电场、恒定磁场、时变电磁场、均匀平面电磁波的传播、平面波的反射和透射。

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电磁场工程应用课程简介:

本课程从场的概念出发,结合工程实例,讲授如何应用电磁场理论分析和解决实际电磁场工程问题。具体包括以下章节:场的概念、静电场、恒定电场、恒定磁场、时变电磁场、均匀平面电磁波的传播、平面波的反射和透射。

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电磁场工程应用课程目录:

第0章 场的概念

--0.1 场与路

--0.2 矢量的基本运算

--0.3 场的直观表示--场线

--0.4 标量场的方向导数和梯度

--0.5 矢量场的分析

--0.5.1 矢量场的通量和散度

--0.5.2 矢量场的环量和旋度

--0.6 散度和旋度

--0.7 亥姆霍兹定理

第1章 静电场

--1.1静电场的源

--1.2电场强度

--1.3电位

--1.4电偶极子

--1.5静电场中的导体和电介质

--1.6高斯定理

--1.7静电场的基本方程

--1.8静电场分界面的衔接条件

--1.9静电场的边值问题及求解

--1.10镜像法

--1.11电轴法

--1.12地球的电容-电容及求解

--1.13静电力与静电能量

--1.14高电压技术中的电场问题

--1.15电荷分布

第2章 恒定电场

--2.1鱼塘大量死鱼之谜-电流及电流密度

--2.2三大定律

--2.3电源电动势和局外场强

--2.4恒定电场的基本方程和边界条件

--2.5电流为什么弯曲?--恒定电场边界条件的应用

--2.6恒定电场的边值问题

--2.7恒定电场与静电场的比拟

--2.8恒定电场的工程应用:电导和部分电导

--2.9别墅起火之谜--绝缘电阻

--2.10奶牛被严重击伤,人却安全无恙?--跨步电压

第3章 恒定磁场

--3.1磁感应强度

--3.2磁场中的物质--磁化

--3.3安培环路定理

--3.4恒定磁场基本方程及分界面的衔接条件

--3.5 恒定磁场中的位函数

--3.5.1矢量磁位及其边值问题

--3.5.2标量磁位及其边值问题

--3.6恒定磁场中的镜像法

--3.7恒定磁场的工程应用:电感

--3.7.1自感和互感的概念

--3.7.2自感和互感的计算

--3.8恒定磁场的能量

--3.9磁场力

--3.9.1洛伦兹力(不做视频)

--3.9.2虚位移法

--3.9.3法拉第观点

--3.10磁路

第4章 时变电磁场

--4.1电磁感应定律

--4.2感应电场

--4.3全电流定律

--4.4麦克斯韦方程组

--4.5坡印廷定律和坡印廷矢量

--4.5.1坡印廷定律和坡印廷矢量

--4.5.2坡印廷定理的应用

--4.6时变场的位函数

--4.6.1 动态位的引入

--4.6.2 动态位的积分解

--4.7时谐电磁场及其复数表示

--4.7.1时谐电磁场及其复数表示

--4.7.2麦克斯韦方程的复数形式

--4.7.3复介电常数

--4.7.4坡印廷定理的复数形式

--4.7.5时谐场的坡印廷矢量

--4.7.6时变场计算实例

第5章 均匀平面电磁波

--5.1 均匀平面电磁波的概念

--5.2 理想介质中的均匀平面波

--5.2.1 无界理想介质中平面波的方程

--5.2.2 无界理想介质中的平面波传播特性

--5.3 导电媒质中的均匀平面波

--5.3.1导电媒质中均匀平面波的方程

--5.3.2导电媒质中均匀平面波的传播特性

--5.3.3 4G手机能否用于煤矿的井上下通信?

--5.3.4潜艇通信困难?

--5.3.5良导体和良介质中均匀平面波的传播特性

--5.3.6趋肤效应

--5.3.7趋肤效应的工程应用2例

--5.4 电磁波的极化

--5.4.1 电磁波的极化

--5.4.2 圆极化的旋向判断

--5.4.3 极化的工程应用举例—立体电影

第6章 平面电磁波的反射和透射

--6.1平面电磁波在分界面上的垂直入射

--6.1.1平面电磁波对一般导电媒质的垂直入射

--6.1.2均匀电磁波对理想导体平面的垂直入射

--6.1.3均匀平面波对理想介质分界面的垂直入射

--6.1.4易拉罐增强WiFi信号?

--6.2平面波在分界面上的斜入射

--6.2.1平面波在理想介质分界面上的斜入射

--6.2.2雷达测距和雷达低空盲区

--6.2.3光纤的传输原理—电磁波在理想介质表面的全反射

--6.2.4电磁波在理想介质表面的全透射

期末考试

电磁场工程应用授课教师:

谭阳红-教授-湖南大学-电气与信息工程学院

谭阳红,女,博士,教授,博导, 1997年获电气工程及其自动化专业硕士学位,2005年获该专业博士学位。2009年10月-2010 年9月英国University of Hertfordshire访问教授。 主讲本科生课程《电路》、《电磁场与波》、《信号处理原理》以及研究生课程《高等电路理论》等,湖南省精品课程《电磁场工程应用》主持人。2015年获得湖南大学“我心目中最敬爱的老师”、2016年湖南大学电气院“教学优秀工作者”、2017年获得教育部在线教育研究中心“智慧教学之星”和湖南大学电气院“教学之星”等荣誉称号,多次获得“优秀毕业设计指导教师”和“优秀班主任”等荣誉称号。 近年来,先后主持和主研国家自然科学基金、教育部新世纪优秀人才支持计划、高等学校博士学科点专项科研基金、湖南省自然科学基金、国家“863”计划、湖南省重大科技专项、教育部博士点基金等项目,发表学术论文100 余篇,其中SCI(SCIE)、EI收录40余篇次。获国家发明专利5项,获得机械工业科学技术奖一等奖1项、高等学校科学技术奖1项、教育部提名国家科学技术奖一等奖1项、湖南省科学技术进步奖二等奖2项、湖南省科学技术进步奖三等奖1项。

李勇-教授-湖南大学-电气与信息工程学院

李勇,湖南大学教授、博士生导师,教育部“新世纪优秀人才支持计划”和“湖湘青年英才支持计划”。获国家自然科学基金优青项目,科技部智能电网优化与控制技术国际联合研究中心副主任。德国多特蒙德工业大学博士,曾在德国多特蒙德电能咨询与电力技术研究中心任职Research Associate,在澳大利亚昆士兰大学任职Research Fellow。目前是国际知名学术期刊《IET Generation, Transmission & Distribution》和《IET Power Electronics》的编委,IEEE高级会员、IEEE环境与能源国际会议技术委员会委员、IEEE亚太地区电力与能源国际会议指导委员会委员。 长期从事能源电力系统运行优化与控制、电能变换系统与装备等方面的教学与科研工作。出版中英文著作2部,以第一作者/通讯作者

汪沨-教授-湖南大学-电气与信息工程学院

汪沨,湖南大学教授、博士生导师、电气与信息工程学院副院长,教育部新世纪优秀人才、天山学者,国家科技进步奖评审专家。主持国家863计划课题、国家自然科学基金、教育部新世纪优秀人才计划等各类项目近三十项;曾获得教育部科技进步奖、湖南省科技进步奖等奖励。在国内外顶尖期刊与重要学术会议上发表论文一百余篇, IEEE Trans on Dielectrics and Electrical Insulation等多个国际期刊审稿人,国家自然科学基金委通讯评审专家。带领团队在气体放电理论及应用、电力设备在线监测与故障诊断、电力系统过电压等领域开展创新研究工作。

黄守道-教授-湖南大学-电气与信息工程学院

黄守道,男,汉族,1962年10月生于湖南郴州,湖南大学电气与信息工程学院党委书记兼副院长、教授,博士生导师。国家国防科工局电力驱动与伺服技术国防重点学科实验室主任、电力推进与伺服传动教育部重点实验室主任、湘电集团外部董事、IEEE高级会员,国家重点研发计划项目首席科学家。兼任中国磁力材料与设备标准化工作组主任委员、中国电工技术学会理事、湖南电工技术学会理事长、中国电源学会常务理事等学术团体职务。 黄守道教授主要研究方向涉及大型风力发电机组、电机设计及电磁优化、电力电子及其电机控制、复杂机电系统故障诊断与容错控制等方面的研究,涉及电气工程学科中的电力系统及其自动化、电力电子与电力传动、电机与电器等二级学科。

朱彦卿-副教授-湖南大学-电气与信息工程学院

朱彦卿,男,博士,副教授,硕导。 1997年至2008年就读于湖南大学,于2001年获自动化专业硕士学位、2004年获控制理论与控制工程专业硕士学位、2008年获电气工程专业博士学位。2011年7月至2014年6月,湖南大学控制科学与工程博士后流动站博士后,2014年7月至2015 年7月英国University of Hertfordshire访问学者。 2008年至今,任教于湖南大学,一直工作于教学一线,主讲本科生课程《电路》、《电磁场与波》、《电工电子技术》以及研究生课程《人工神经网络》等。2017年获得湖南大学优秀教师称号、2017年获得教育部在线教育研究中心“智慧教学之星”等荣誉称号。

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