Course syllabus

Kurs-PM

EEN190 Vektorfält och elektromagnetisk fältteori lp2 HT24 (9 hp)

Kursen ges av institutionen för Elektroteknik

I LP3 sker samläsning med kurs EEF031.

Kursen ges i denna form för tredje gången. Grunden i kursen är en ämnesmässig sammanslagning av kursen Vektorfält och klassisk fysisk, FFM234, och kursen Elektromagnetiska fältteori, EEF031. Elfältkurs EEF031 finns dock kvar, och kan läsas som valbar kurs av TM-studenter i LP3, och av äldrekursare på F som har tentan efter sig. I LP3 samläses EEN190 och EEF031.

Kontaktuppgifter

Examinator och föreläsare: Andreas Fhager, andreas.fhager@chalmers.se
Kursassistent i LP2, Moein Pishnamaz, seyedp@chalmers.se

 

Kursens syfte

Kursen syftar till att ge kunskaper om de matematiska verktygen vektorfält och vektoranalys, samt elektromagnetiska fält, ett område som innehåller både fundamental fysik och tillämpningar.

 

Schema

TimeEdit

 

Kurslitteratur

I LP2 kommer vi använda:
Vector Calculus av Paul Matthews
(Finns att ladda ned fritt: https://link.springer.com/book/10.1007/978-1-4471-0597-8)

I LP3 kommer vi använda:
Field and Wave Electromagnetics (Pearson New International Edition) av David K. Cheng
(Finns att köpa på Chalmers bokhandel STORE inför LP3)

Kompletterande kurslitteratur kan laddas ner från kurshemsidan.

 

Kursens upplägg

Kursen består av: 

• Föreläsningar där vi går igenom grundläggande begrepp och illustrera med enkla exempel.
• Föreläsningar med fokus på problemlösning; under LP3 finns ett antal föreläsningstillfällen där fokus är att diskutera strategier och metoder för problemlösning.  
• Räkneövningar med lärare som demonstrerar problemlösning.
• Varje vecka finns ett antal (frivilliga) uppgifter för att träna problemlösning på egen hand. Som stöd för arbetet med hemuppgifterna används det webbaserade systemet Yata. Finns länkat härifrån Canvas. I första hand vill vi att man använder diskussionsforumet i Yata för frågor och diskussion om kursmaterialet. Vi uppmuntrar att ni studenter svarar varandra på frågor om kursmaterial, problemlösning etc. Vi lärare kommer också besvara frågor här. 
• I LP3 finns räknestugor där studenter arbetar själva med kursmaterialet medan lärare finns på plats för att svara på eventulla frågor.
• Frivillig dugga i LP3 som testar kunskaper inom vektorfält och elektrostatik. (För studenter i EEF031 testas enbart kunskaper i elektrostatiken). Momentet kan ge bonuspoäng till tentan.
• Frivilliga inlämningsuppgifter (webbaserade) av förståelsekaraktär finns varje vecka i LP3 och behandlar elektromagnetisk fältteori. Momentet kan ge bonuspoäng till tentan. Deadline är skarpa och man kan ej komplettera i efterhand.
• Meddelanden av allmän karaktär från oss lärare kommer kommunicetas via Canvas. Det kan gälla ändringar i schemat, etc.  

Förändringar sedan förra kurstillfället

LP2

• Vi kommer gå igenom kap 1-3 i kursboken lite snabbare och mer översiktligt jämfört med förra året. Kapitlen innehåller viktig förkunskap för elfältdelen i LP3, men det finns överlapp med kursen flervariabelanalys. Vi kommer istället fokusera mer på materialet i kapitel 4-6 som är nytt.
• Antalet tal som demonstreras på övning och som rekommenderas för hemarbete från kap 1-3 har minskats.

LP3

• Kursen har upplevts som baktung. Föreläsningstakten kommer därför ökas i början av kursen och istället kommer takten dras ned något i slutet av kursen. Konkret innebär det att antalet föreläsningar kommer vara oförändrat. Elektrostatikdelen kortas med en föreläsning och en föreläsning läggs till på dynamikdelen.
• Lite snabbare takt på teoriavsnitten på föreläsningarna till förmån för att diskutera fler exempel och fysikaliska tolkningar av olika matematiska resultat.
• Arbete kommer göras för att förbättra pedagogiken under storgruppsövningarna.
• För att minska arbetsbelastningen något dras antalet frågor i de veckovisa och webbaserade inlämningsuppgifterna ned från 24 till 12. Maximalt möjliga antal bonuspoäng till tentan förblir dock oförändrat.
• Kryssfrågorna försvinner från tentan och istället införs ett mindre antal teorifrågor där man får skriva korta svar. Svaren kommer publiceras bland lösningsförslagen till tentan. Antalet teoripoäng kommer vara oförändrat på tentan. Teoridelen besvaras separat på tentan utan hjälpmedel. När teoridelen är besvarad och inlämnad fortsätter man med problemdelen och då får man använda hjälpmedel.

Lärandemål

Vektorfält

• Behärska fältbegreppet för skalära- och vektorfält samt kunna beräkna grundläggande deriveringsoperatorer i kartesiska och kroklinjiga koordinatsystem.
• Kunna beräkna linje-, yt-, och volymintegraler genom parametrisering och tillämpning av integralsatser.
• Förstå och känna igen enkla typer av singulära fält och hur dess källor kan beskrivas med hjälp av Diracs deltafunktion samt kunna utföra integraler i närvaro av singulära fält.

Elektrostatik

• Beskriva laddning och laddningstätheter och kunna beräkna fält och potential utifrån dessa.
• Kunna redogöra för hur dielektriska material samt metaller modelleras samt kunna utföra fältberäkningar i närvaro av dessa material.
• Kunna redogöra för och lösa randvärdesproblem i enkla geometrier.
• Kunna redogöra för och utföra beräkningar av kraft, kapacitans och elektrostatisk energi.

Magnetostatik

• Redogöra för laddningens bevarande, begreppen ström och resistans samt utföra beräkningar av dessa i enkla geometrier
• Beskriva ström och strömtätheter och beräkna fält och vektorpotential utifrån dessa.
• Kunna redogöra för hur magnetiska material modelleras och utföra fältberäkningar i närvaro av dessa material.
• Kunna redogöra för och lösa randvärdesproblem i enkla geometrier.
• Kunna redogöra för och utföra beräkningar av kraft, induktans och magnetisk energi.

Elektrodynamik

• Kunna redogöra för Maxwells ekvationer, vågekvationen samt redogöra för den fysikaliska tolkningen av dess lösningar.
• Kunna använda tidsberoende fältkoncept i problemlösning.
• Kunna redogöra för plana vågor och deras egenskaper samt kunna tillämpa dessa vid problemlösning i enklare geometrier.
• Förstå och kunna beskriva principerna för antennens funktion och hur dessa karakteriseras samt kunna använda dess fältuttryck i problemlösning.

 

Examination

Kursen examineras med en skriftlig tentamen i tentaveckan som avslutar LP3. (Dvs ingen examination i tentaveckan som avslutar LP2.)

Den skriftliga tentamen examinerar kursinnehåll från både LP2 och LP3 och innehåller både en teori- och en problemlösningsdel. Teoridelen besvaras utan hjälpmedel, när teoridelen är inlämnad fortsätter man med problemdelen varvid hjälpmedlen är tillåtna. Poängkrav finns dels på totalpoängen på tentan dels att man ska ha nått upp till miniminivåer på teori- respektive problemdel för godkänd tenta. Rent praktiskt är tentan i EEF031 och kurs EEN190 identiska, förutom att tentan i EEN190 innehåller extra uppgifter som handlar om vektorfältdelen. Tentan i EEF031 är 4 timmar, tentan i EEN190 är 5 timmar.

De webbaserade inlämningsuppgifterna samt duggan kan ge bonuspoäng till tentan. Bonuspoäng gäller under innevarande läsårs ordinarie tenta och omtentor.

Webbaserade inlämningsuppgifter i LP3

De webbaserade inlämningsuppgifterna är frivilliga och kan ge bonuspoäng till läsårets ordinarie och två omtentor.

Varje vecka kan ni testa era kunskaper med ett Quizz i Canvas. Frågorna behandlar olika teoretiska frågor från veckans kursmaterial. Frågeformulären kan lämnas in högst en gång per elev, men kan öppnas flera gånger. Frågorna slumpas ur en databas, så alla studenter får inte exakt samma frågor. I tid inlämnade uppgifter ger bonuspoäng till tentan. Deadline är skarp och missar man att lämna in så kan vi tyvärr inte korrigera detta i efterhand.

Poängräkning: 90%-100% ger 5 poängs bonus. 80-90% ger 4 poäng, 70-80% ger 3 poäng, 60-70% ger 2 poäng och 50-60% ger 1 poängs bonus.

Duggan

Duggan är frivillig och kan ge bonuspoäng till läsårets ordinarie och två omtentor.

Duggan består av fyra problemlösningstal, två tal om vektorfälten och två tal om elektrostatiken.

Tillåtna hjälpmedel: Physics Handbook, Beta Mathematics Handbook, typgodkänd kalkylator, Formelsamling i vektorfält samt formelsamling i elektromagnetisk fältteori.  (Inga egna anteckningar)

Beräkning av bonuspoäng: Varje tal på duggan kan ge maximalt 8 poäng. Det betyder att man som mest kan få 32 poäng på duggan. Bonuspoängen för tentan fördelas enligt följande. 

Duggaresultat, (R)	4<R≤7	7<R≤10	10<R≤13	13<R≤16	16<R≤20	20<R≤24	24<R≤28	28<R≤32
Bonuspoäng	1	2	3	4	5	6	7	8

Tid och plats för duggan: 

Prel. Lördag fm i LV4, LP3.

Anmälan till duggan måste göras här på Canvas.

Tentan

Tillåtna hjälpmedel: Physics Handbook, Beta Mathematics Handbook, typgodkänd kalkylator, Formelsamling i vektorfält samt formelsamling i elektromagnetisk fältteori. (Inga egna anteckningar) Teoridelen besvaras utan hjälpmedel. 

Poäng och betygsgränser:

Tentamen består av en teoridel och en problemde. Teoridelen besvaras utan hjälpmedel. När teoridelen är inlämnad fortsätter man med problemdelen och får då använda hjälpmedel.

Teoridelen består av totalt 20 frågor som besvaras med korta svar och kan ge 20 poäng.

Problemdelen består av 6 deluppgifter, tillsammans motsvarande 52 poäng. Tal 1 ger maximalt 12 poäng och handlar om problemlösning av vektorfältsproblem. Tal 2-6 består var och ett av problemlösning med maximalt 8 poäng per uppgift. Förståelsedelen utgör alltså 20 poäng och problemlösningsdelen utgör 52 poäng. Maximal totalpoäng på tentan utan bonuspoäng är 72.

För att inte problemlösningsförmågan skall äventyras ställs krav på problemlösningsförmåga och förståelse var för sig på tentan. Dessutom finns krav på totalpoängen, alltså tentapoäng + bonuspoäng. Följande poäng måste minst uppnås på för de olika betygsstegen:

Betyg	3	4	5
Teoripoäng (exkl bonuspoäng)	8	10	12
Problemlösningspoäng (exkl bonuspoäng)	21	26	31
Totalpoäng (tenta + bonuspoäng)	36	48	60

 

Tid och plats för examination (preliminärt):

Ordinarie tenta: Må 17/03-2025 fm J (5 h)
Omtenta 1: On 11/06-2025 fm J (5 h)
Omtenta 2: To 21/08-2025 fm J (5 h)

Länk till kursplanen i Studieportalen
https://www.chalmers.se/en/education/your-studies/find-course-and-programme-syllabi/course-syllabus/EEN190/?acYear=2024/2025