Υπολογιστικός Ηλεκτρομαγνητισμός
| Τίτλος | Υπολογιστικός Ηλεκτρομαγνητισμός / Computational Electromagnetics |
| Κωδικός | 060 |
| Σχολή | Πολυτεχνική |
| Τμήμα | Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών |
| Κύκλος / Επίπεδο | 1ος / Προπτυχιακό |
| Περίοδος Διδασκαλίας | Εαρινή |
| Υπεύθυνος/η | Εμμανουήλ Κριεζής |
| Κοινό | Όχι |
| Κατάσταση | Ενεργό |
| Course ID | 600001009 |
Πρόγραμμα Σπουδών: Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Εγγεγραμμένοι φοιτητές: 12
| Κατεύθυνση | Τύπος Παρακολούθησης | Εξάμηνο | Έτος | ECTS |
|---|---|---|---|---|
| ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ | Επιλογής | 8 | 4 | 5 |
| ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ | Επιλογής | 8 | 4 | 5 |
| ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ | Επιλογής | 8 | 4 | 5 |
| Τίτλος | Υπολογιστικός Ηλεκτρομαγνητισμός |
| Ακαδημαϊκό Έτος | 2020 – 2021 |
| Περίοδος Τάξης | Εαρινή |
| Διδάσκοντες μέλη ΔΕΠ | |
| Class ID | 600169970
|
Πρόγραμμα Τάξης
| Κτίριο | |
| Όροφος | Unknown |
| Αίθουσα | Εξ αποστάσεως (900) |
| Ημερολόγιο | Friday 15:00 to 17:00 |
| Κτίριο | |
| Όροφος | Unknown |
| Αίθουσα | Εξ αποστάσεως (900) |
| Ημερολόγιο | Monday 11:00 to 13:00 |
Τύπος Μαθήματος 2016-2020
- Επιστημονικής Περιοχής
Τύπος Μαθήματος 2011-2015
Ειδικού Υποβάθρου / Κορμού
Τρόπος Παράδοσης
- Πρόσωπο με πρόσωπο
- Eξ απoστάσεως εκπαίδευση
Ηλεκτρονική Διάθεση Μαθήματος
- e-Οδηγός Σπουδών https://qa.auth.gr/el/class/1/600169970
- eLearning: https://elearning.auth.gr/course/view.php?id=11733
Γλώσσα Διδασκαλίας
- Ελληνικά (Διδασκαλία, Εξέταση)
Προαπαιτήσεις
Γενικές Προαπαιτήσεις
Ηλεκτρομαγνητικό Πεδίο
Διάδοση Ηλεκτρομαγνητικού Κύματος
Μαθησιακά Αποτελέσματα
Οι δύο κύριοι στόχοι του μαθήματος είναι οι ακόλουθοι:
1. Nα διδάξει στους φοιτητές πώς τίθεται, αναλύεται και επιλύεται αριθμητικά ένα πρόβλημα του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου.
2. Nα προσφέρει στους φοιτητές μια γενική επισκόπηση των συνηθέστερων υπολογιστικών μεθόδων, με έμφαση σε μερικές από τις περισσότερο δημοφιλείς μεθόδους, όπως η Μέθοδος των Πεπερασμένων Διαφορών (FDM), η Μέθοδος των Πεπερασμένων Στοιχείων (FEM), η Μέθοδος των Οριακών Στοιχείων (BEM), η Μέθοδος των Ροπών (MOM) και Μέθοδος των Πεπερασμένων Διαφορών στο Πεδίο του Χρόνου (FDTD).
Γενικές Ικανότητες
- Εφαρμογή της γνώσης στην πράξη
- Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
- Προσαρμογή σε νέες καταστάσεις
- Εργασία σε διεπιστημονικό περιβάλλον
- Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης
Περιεχόμενο Μαθήματος
Μεταβολικές αρχές και τεχνικές:
- Εισαγωγή στις βασικές έννοιες του λογισμού των μεταβολών.
- Διατύπωση των εξισώσεων Maxwell μέσω της αρχής Hamilton.
- H μη ομογενής εξίσωση Helmholtz ως πρόβλημα του λογισμού των μεταβολών.
Μέθοδοι σταθμισμένων υπολοίπων:
- H έννοια του σταθμισμένου υπολοίπου στην εκτίμηση του σφάλματος κατά την αναλυτική και αριθμητική προσεγγιστική επίλυση πεδιακών προβλημάτων.
- Οι τεχνικές Point-Matching, Rayleigh-Ritz, Galerkin, Least Squares, και Sub-domain Collocation ως ειδικές περιπτώσεις της γενικής μεθοδολογίας των σταθμισμένων υπολοίπων.
- Αριθμητικές μέθοδοι στην επίλυση σύνθετων πεδιακών προβλημάτων.
Εισαγωγή στις υπολογιστικές μεθόδους:
- Μέθοδος πεπερασμένων διαφορών (Finite Difference Method): διακριτοποίηση συνεχούς περιοχής, εξισώσεις διαφορών, εκτίμηση σφάλματος, επαναληπτικές τεχνικές, τεχνικές Gauss-Seidel, SOR, Crank-Nicolson, Dufort-Frankel.
- Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων (Finite Element Method): διακριτοποίηση, τοπική-ολική αρίθμηση, συναρτήσεις μορφής, μητρώα ακαμψίας και φορτίου, επίλυση συστημάτων, μετα-επεξεργασία και απεικονίσεις αριθμητικών αποτελεσμάτων.
- Μέθοδος ροπών και οριακών στοιχείων (Moment and Boundary Element Method): συναρτήσεις βάσης και βάρους, κατηγορίες ολοκληρωτικών εξισώσεων, συναρτήσεις Green.
- Μέθοδος πεπερασμένων διαφορών στο πεδίο του χρόνου (Finite-Difference Time-Domain Method): εξισώσεις διαφορών, αλγόριθμος Yee, ευστάθεια, διασπορά, προβλήματα ανοιχτού ορίου, απορροφητικές οριακές συνθήκες, τεχνική PML.
Λέξεις Κλειδιά
Υπολογιστικός ηλεκτρομαγνητισμός, Αριθμητικές μέθοδοι, Πεπερασμένα στοιχεία, Πεπερασμένες διαφορές
Τύποι Εκπαιδευτικού Υλικού
- Σημειώσεις
- Βιβλίο
Χρήση Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών
Χρήση Τ.Π.Ε.
- Χρήση Τ.Π.Ε. στη Διδασκαλία
Οργάνωση Μαθήματος
| Δραστηριότητες | Φόρτος Εργασίας | ECTS | Ατομικά | Ομαδικά | Erasmus |
|---|---|---|---|---|---|
| Διαλέξεις | 40 | 1,3 | ✓ | ||
| Μελέτη και ανάλυση βιβλίων και άρθρων | 32 | 1,1 | ✓ | ||
| Φροντιστήριο | 12 | 0,4 | ✓ | ||
| Εκπόνηση μελέτης (project) | 36 | 1,2 | ✓ | ||
| Εξετάσεις | 30 | 1 | ✓ | ||
| Σύνολο | 150 | 5 |
Αξιολόγηση Φοιτητών
Περιγραφή
Γραπτή εξέταση (διάρκεια 165 λεπτών)
Μέθοδοι Αξιολόγησης Φοιτητών
- Γραπτή Εργασία (Διαμορφωτική, Συμπερασματική)
- Γραπτή Εξέταση με Επίλυση Προβλημάτων (Διαμορφωτική, Συμπερασματική)
- Έκθεση / Αναφορά (Διαμορφωτική, Συμπερασματική)
Βιβλιογραφία
Βιβλιογραφία μαθήματος (Εύδοξος)
Σημειώσεις με τίτλο "Στοιχεία Υπολογιστικού Hλεκτρομαγνητισμού".
Επιπρόσθετη βιβλιογραφία για μελέτη
1. K. S. Kunz and R. J. Luebbers, The Finite Difference Time Domain Method for Electromagnetics, CRC Press, 1993.
2. M. N. O. Sadiku, Numerical Techniques in Electromagnetics, CRC Press, 2010.
3. P. P. Silvester and R. L. Ferrari, Finite Elements for Electrical Engineers, Cambridge University Press, 1996.
4. A. Taflove, Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method, 3rd edition, Artech House, 2005.
Τελευταία Επικαιροποίηση
04-12-2020
