- •1. Electrostatic field. Coulomb’s law. Gauss law (Электростатическое поле. Закон Кулона. Закон Гаусса)
- •Variables and units
- •Coulomb’s Law. (ЗаконКулона)
- •Electric Field Strength e and Displacement Field d. (Напряжённостьисмещениеэлектрическогополя)
- •Gauss’ Law. (ЗаконГаусса)
- •2. Poisson’s and Laplace’s equations for the potential of electric field (Уравнения Пуассона и Лапласа для потенциала электрического поля) Electric Potential. (Электрический потенциал)
- •Poisson’s and Laplace’ s equations. (Уравнения Пуассона и Лапласа)
- •3. Electrostatic Energy (Электростатическая энергия) Electrostatic Energy (Электростатическаяэнергия)
- •Virtual experiment. (Эксперимент по нахождению энергии системы)
- •Consequences (Следствия)
- •4. Power and Joule’s Law (Энергия и закон Джоуля-Ленца)
- •5. Continuity Equation (Уравнения непрерывности) ContinuityEquation (Уравнение непрерывности)
- •Image method for the flat boundary between magnetic media (Метод изображений для плоской границы между магнитными носителями)
- •8. Static magnetic field. Biot–Savart’s Law. Ampere’s Law (Статическое магнитное поле. Закон Био–Савара. Закон Ампера)
- •Variables and units (Переменные и единицы измерения)
- •Main Relations (Основные соотношения)
- •Magnetic flux density (Индукция магнитного поля)
- •Biot-Savart’s law (Закон Био-Савара)
- •Ampere’s law (Закон полного тока)
- •The cut in the space (Разрез в пространстве)
- •Laplace equation for the scalar magnetic potential (Уравнение Лапласа для скалярного магнитного потенциала)
- •10. Vector magnetic potential. Inductance (Векторный магнитный потенциал. Индуктивность)
- •Vector magnetic potential (Векторный магнитный потенциал)
- •Magnetic flux (Магнитный поток)
- •Differential equation for the vector magnetic potential (Дифференциальное уравнение для векторного магнитного потенциала)
- •Gauging of the vector magnetic potential (Калибровка векторного магнитного потенциала)
- •Integral presentation of the vector magnetic potential (Интегральное представление векторного потенциала)
- •Inductance (Индуктивность)
- •Mutual inductance (Взаимная индуктивность)
- •Inductance of thin contours (Индуктивность тонких контуров)
- •12. Internal inductance of a thin conductor (Внутренняя индуктивность тонкого проводника) Flux linkage of a thin current layer (Потокосцепление тонкого слоя с током)
- •Internal inductance of a thin conductor (Внутренняя индуктивность тонкого проводника)
- •13. Inductance of a two wire transmission line (Индуктивность двухпроводной линии).
- •14. Variable separation method in a cylindrical coordinate system (Метод разделения переменных в цилиндрической системе координат). Application of Laplace’s equation (Применение уравнения Лапласа).
- •Angular function (Угловая функция)
- •Radial function (Радиальная функция)
- •General solution of the Laplace’s equation in a cylindrical coordinate system (Общее решение уравнения Лапласа в цилиндрической системе координат)
- •15. The Faraday’s law (Закон электромагнитной индукции).
- •Lenz’s Law (правило Ленца)
- •Induction by a temporal change of b (Индукция за счёт временного изменения b)
- •16. Induction through the motion of a conductor (Индукция за счет движения проводника).
- •17. Induction by simultaneous temporal change of b and motion of the conductor (Индукция одновременным изменением b во времени и движением проводника).
- •18. Unipolar generator (Униполярный генератор).
- •19. Hering’s paradox (Парадокс Геринга)
- •20. Diffusion of magnetic fields into conductors (Распространение электромагнитного поля в проводнике)
- •21. Periodic electromagnetic fields in conductors. (Периодическое электромагнитное поле в проводниках)
- •Penetration of the electromagnetic field into a conductor. (Проникновение электромагнитного поля в проводник)
- •The skin effect. (Скин-эффект)
- •22. Poynting theorem. (Теорема Пойнтинга) Electromagnetic Field Energy. (Энергия электромагнитного поля)
- •The rate of decrease of the electromagnetic field energy in a closed volume. (Скорость уменьшения энергии электромагнитного поля в замкнутом объёме)
- •Transmission of energy in a dc line (Передача энергии в линиях постоянного тока)
- •The field picture near the wires with current (Картина поля вблизи провода с током)
- •25. Energy flows in static electric and magnetic fields (Поток энергии в статических электрических и магнитных полях).
- •26. The reduced magnetic potential (Редуцированный магнитный потенциал). Reduced scalar magnetic potential (Редуцированный скалярный магнитный потенциал)
- •Combination of scalar magnetic potential and reduced magnetic potential (Комбинация скалярного магнитного потенциала и редуцированного магнитного потенциала)
- •27. Classification of numerical methods of the electromagnetic field modeling (Классификация численных методов моделирования электромагнитного поля).
- •Classification of the problems (Классификация проблем)
- •Classification of the methods (Классификация методов)
- •28. Method of moments
- •Discretization of the problem domain (Дискретизация проблемной области)
- •29. Basic principles of the finite element method.
- •30. Finite functions (Ограниченная функция – отлична от нуля только в пределах треугольника)
- •Simplex coordinates
- •Approximation of functions inside triangles (Аппроксимация функций внутри треугольника)
- •Approximation of the equation (Аппроксимация уравнения)
- •31. Weighted residual method (метод взвешенных невязок)
- •32. Weak formulation of the electromagnetic field modeling problem
- •33. Boundary conditions in electric and magnetic fields
- •1) First type boundary conditions
- •34. Main equations of electromagnetic field in integral form.
- •35. Main equations of electromagnetic field in differential form.
- •36. Electric field of a point charge (Электрическое поле точечного заряда)
- •37. Electric field of a uniformly charged sphere (Электрическое поле равномерно заряженной сферы)
- •38. Flat capacitor. Field. Surface charge. Capacity. (Плоский конденсатор. Поле. Поверхностный заряд. Вместимость.)
- •39.2 Inductance of a cylindrical coil with the rectangular cross section(Индуктивность цилиндрической катушки прямоугольного сечения).
- •4 0.1 Electric field induced by charged line placed above conducting surface (Электрическое поле, создаваемое заряженной линией, помещенной над проводящей поверхностью).
- •4 0.2. Magnetic field induced by the line with a current placed above a ferromagnetic surface with infinitely high magnetic permeability
Angular function (Угловая функция)
Equation for the angular function: (k may be positive, but then the form of the solution will be different)
|
|
or: (умножили обе части на S)
|
|
Solution:
|
, g, h = const |
|
Evidently k is integer number. (потому что при других k один оборот не будет происходить за 360 градусов) |
Radial function (Радиальная функция)
Equation for the radial function:
or:
Let us try to find a solution of this equation by substituting: , α – some unknown power.
The solution: , c, d = const
General solution of the Laplace’s equation in a cylindrical coordinate system (Общее решение уравнения Лапласа в цилиндрической системе координат)
Combining the solutions, we will get:
This function is known as circular (angular) harmonic of order k.
General solution:
ck, dk, gk, hk – these coefficients correspond to different numbers (different harmonics) of the order of k.
15. The Faraday’s law (Закон электромагнитной индукции).
The Faraday's Law links together these two sides of one electromagnetic field: magnetic field, from one side and electric field, from the another side. The Faraday’s Law is based on Maxwell equations system. The main idea of this law is: the magnetic field which depends in time, induces some electric field.
The origin of the induced voltage: - time varying magnetic fields;
- moving of the coil in stationary magnetic field.
This interaction between electric field and magnetic field finally induces, for example – electromagnetic wave. In this process (electromagnetic wave) it is important to consider together the Faraday’s Law and very special form of the Ampere’s Law. Ampere’s Law at some stage also tells us that, the time dependent electric field may induce magnetic field. But today the main part of the electromagnetic field theory is the Faraday’s Law.
The Faraday’s Law describes several processes, which takes place in electromagnetic systems. For example: if we have static system, which configuration is stable, doesn’t dependent on time, in principle in such electromagnetic system, the electric voltage may be induced or electric field may be induced, if the magnetic field changes in time. On the other hand, the opposite situation is possible: the magnetic field doesn’t dependent on time, nevertheless the electric field and the voltage, which is induced in some contour will be induced. That is possible if the contour, where we consider the voltage or electric field has unstable shape, shape may depend on time. Or this contour has a stable shape, but the contour itself moves in the external magnetic fields. These two sides of the same law, the Law which calls Faraday’s Law. They’re also very important parts of the Faraday’s Law, so called Lenz’s Law.