Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 2 / Vorlesung 2 1 Elektromagnetische Feldtheorie I (EFT I) / Electromagnetic Field Theory I (EFT I) University of Kassel Dept. Electrical Engineering / Computer Science (FB 16) Electromagnetic Theory (FG TET) Wilhelmshöher Allee 71 Office: Room 2113 / 2115 D Kassel Universität Kassel Fachbereich Elektrotechnik / Informatik (FB 16) Fachgebiet Theoretische Elektrotechnik (FG TET) Wilhelmshöher Allee 71 Büro: Raum 2113 / 2115 D Kassel 2nd Lecture / 2. Vorlesung Dr.-Ing. René Marklein

Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 2 / Vorlesung 2 2 Classification of Maxwell‘s Equations / Klassifikation der Maxwellschen Gleichungen Maxwell's Equations / Maxwellsche Gleichungen Time Varying Fields / Zeitveränderliche Felder Time Constant Fields / Zeitkonstante Felder Rapidly Time Varying Fields / Schnell zeit- veränderliche Felder Electromagnetic (EM) Fields / Elektro- magnetische (EM) Felder Electroquasi- static (EQS) Fields / Elektroquasi- statik (EQS) Felder Magneto- quasistatic (MQS) Fields / Magneto- quasistatik (MQS) Felder Electrostatic (ES) Fields / Elektrostatik (ES) Felder Magneto static (MS) Fields / Magneto- statik (MS) Felder Stationary Electric Current (SES) Fields / Stationäre elektrische Ströme (SES) Felder Slowly Time Varying Fields / Langsam zeit- veränderlich Felder

Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 2 / Vorlesung 2 3 Electrostatic Fields: Applications / Elektrostatische Felder: Anwendungen Figure: Basic Components of an Ink-Jet Printer / Abbildung: Basiskomponenten eines Tintenstrahldruckers Ink Jet / Tintenstrahl Droplet Charging / Aufladen der Tröpfchen Paper / Papier Droplet Deflection / Tröpfchen Ablenkung

Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 2 / Vorlesung 2 4 Electrostatic Fields: Applications / Elektrostatische Felder: Anwendungen Metal / Metall Light / Licht Oxide / Oxid p -deped Semiconductor / p -dotierter Halbleiter Figure: A CCD Camera Consists of an Array of MOS Capacitors / Abbildung: Eine CCD-Kamera besteht aus einer Gruppe (Array) von MOS- Kondensatoren

Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 2 / Vorlesung 2 5 Electromagnetic Field Quantities / Elektromagnetische Feldgrößen

Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 2 / Vorlesung 2 6 Notation and Field Quantities / Notation und Feldgrößen Fourth Rank / vierten Ranges Third Rank / dritten Ranges Second Rank / zweiten Ranges First Rank / ersten Ranges Zeroth Rank / nullten Ranges Tensor of... / Tensor des... Bold Face with four Underlines / Fett mit vier Unterstrichen Elastic Stiffness Tensor / Elastischer Steifigkeitstensor Tetrad / Tetrade n = 4 Bold Face with three Underlines / Fett mit drei Unterstrichen Bold Face with two Underlines / Fett mit zwei Unterstrichen Bold Face with one Underline / Fett mit einem Unterstrich Roman with no Underline / Roman mit keinem Unterstrich Notation / Schreibweise Electric Potential / Elektrisches Potential Scalar / Skalar n = 0 Piezoelectric Coupling Tensor / Piezoelektrischer Koppeltensor Triad / Triade n = 3 Electric Permittivity Tensor / Elektrischer Permittivitätstensor Dyad / Dyade n = 2 Electric Field Strength / Elektrische Feldstärke Vector / Vektor n = 1 Symbol / Symbol Example / Beispiel Name / Name Rank / Rang

Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 2 / Vorlesung 2 7 Notation and Field Quantities / Notation und Feldgrößen Vector / Vektor: Electric Field Strength / Elektrische Feldstärke Dyad / Dyade: Permittivity Dyad / Permittivitätsdyade with Einstein’s Summation Convention / mit Einsteinscher Summationskonvention Einstein‘s Summation Convention: If a index appears two times at one side of an equation (and not at the other side), the index is automatically summed over 1 to 3. / Einsteinsche Summenkonvention: Wenn ein Index auf einer Seite einer Gleichung zweimal vorkommt (und auf der anderen nicht), wird darüber von 1 bis 3 summiert. mit

Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 2 / Vorlesung 2 8 Governing Equations in Integral Form / Grundgleichungen in Integralform Governing Equations in Differential Form / Grundgleichungen in Differentialform Governing Equations of Electromagnetic Fields and Waves / Grundgleichungen elektromagnetischer Felder und Wellen

Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 2 / Vorlesung 2 9 Classification of Maxwell‘s Equations / Klassifikation der Maxwellschen Gleichungen Maxwell's Equations / Maxwellsche Gleichungen Time Varying Fields / Zeitveränderliche Felder Time Constant Fields / Zeitkonstante Felder Rapidly Time Varying Fields / Schnell zeit- veränderliche Felder Electromagnetic (EM) Fields / Elektro- magnetische (EM) Felder Electroquasi- static (EQS) Fields / Elektroquasi- statik (EQS) Felder Magneto- quasistatic (MQS) Fields / Magneto- quasistatik (MQS) Felder Electrostatic (ES) Fields / Elektrostatik (ES) Felder Magneto static (MS) Fields / Magneto- statik (MS) Felder Stationary Electric Current (SES) Fields / Stationäre elektrische Ströme (SES) Felder Slowly Time Varying Fields / Langsam zeit- veränderlich Felder

Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 2 / Vorlesung 2 10 Electrostatic Field Problem – Example: Parallel Plate Capacitor / Elektrostatisches Feldproblem – Beispiel: Paralleler Plattenkondensator Scalar Field: Electrostatic Potential / Skalarfeld: Elektrostatisches Potenzial Vector Field: Electrostatic Field Strength / Vektorfeld: Elektrostatische Feldstärke

Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 2 / Vorlesung 2 11 Example: Parallel Plate Capacitor – Electrostatic Field Problem / Beispiel: Paralleler Plattenkondensator – Elektrostatisches Feldproblem Scalar Field: Electrostatic Potential / Skalarfeld: Elektrostatisches Potenzial Vector Field: Electrostatic Field Strength / Vektorfeld: Elektrostatische Feldstärke

Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 2 / Vorlesung 2 12 Classification of Maxwell‘s Equations / Klassifikation der Maxwellschen Gleichungen Maxwell's Equations / Maxwellsche Gleichungen Time Varying Fields / Zeitveränderliche Felder Time Constant Fields / Zeitkonstante Felder Rapidly Time Varying Fields / Schnell zeit- veränderliche Felder Electromagnetic (EM) Fields / Elektro- magnetische (EM) Felder Electroquasi- static (EQS) Fields / Elektroquasi- statik (EQS) Felder Magneto- quasistatic (MQS) Fields / Magneto- quasistatik (MQS) Felder Electrostatic (ES) Fields / Elektrostatik (ES) Felder Magneto static (MS) Fields / Magneto- statik (MS) Felder Stationary Electric Current (SES) Fields / Stationäre elektrische Ströme (SES) Felder Slowly Time Varying Fields / Langsam zeit- veränderlich Felder

Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 2 / Vorlesung 2 13 Example: Spark Plug and Relay / Beispiel: Zündkerze und Relais Magnetostatic (MS) Fields / Magnetostatische (MS) Felder Spark Plug / Zündkerze Relay / Relais Elektric Field Strength / Elektrische Feldstärke Elektric Potential / Elektrisches Potenzial Permeability / Permeabilität Magnetic Flux Density / Magnetische Flussdichte Electrostatic (ES) Fields / Elektrostatische (ES) Felder

Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 2 / Vorlesung 2 14 Classification of Maxwell‘s Equations / Klassifikation der Maxwellschen Gleichungen Maxwell's Equations / Maxwellsche Gleichungen Time Varying Fields / Zeitveränderliche Felder Time Constant Fields / Zeitkonstante Felder Rapidly Time Varying Fields / Schnell zeit- veränderliche Felder Electromagnetic (EM) Fields / Elektro- magnetische (EM) Felder Electroquasi- static (EQS) Fields / Elektroquasi- statik (EQS) Felder Magneto- quasistatic (MQS) Fields / Magneto- quasistatik (MQS) Felder Electrostatic (ES) Fields / Elektrostatik (ES) Felder Magneto static (MS) Fields / Magneto- statik (MS) Felder Stationary Electric Current (SES) Fields / Stationäre elektrische Ströme (SES) Felder Slowly Time Varying Fields / Langsam zeit- veränderlich Felder

Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 2 / Vorlesung 2 15 Magnetoquasistatic (MQS) Fields / Magnetoquasistatische (MQS) Felder Non-Destructive Testing: Eddy Current Sensor / Zerstörungsfreie Materialprüfung: Wirbelstromsensor Electric Energy Density / Elektrische Energiedichte Geometry / Geometrie Coil / Spule Crack / Riss Non-Destructive Testing: Piezoelectric Sensor / Zerstörungsfreie Materialprüfung: Piezoelektrischer Sensor Electroquasistatic (EQS) Fields / Elektroquasistatische (EQS) Felder Example: Piezoelectric Sensor / Beispiel: Piezoelektrischer Sensor

Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 2 / Vorlesung 2 16 Classification of Maxwell‘s Equations / Klassifikation der Maxwellschen Gleichungen Maxwell's Equations / Maxwellsche Gleichungen Time Varying Fields / Zeitveränderliche Felder Time Constant Fields / Zeitkonstante Felder Rapidly Time Varying Fields / Schnell zeit- veränderliche Felder Electromagnetic (EM) Fields / Elektro- magnetische (EM) Felder Electroquasi- static (EQS) Fields / Elektroquasi- statik (EQS) Felder Magneto- quasistatic (MQS) Fields / Magneto- quasistatik (MQS) Felder Electrostatic (ES) Fields / Elektrostatik (ES) Felder Magneto static (MS) Fields / Magneto- statik (MS) Felder Stationary Electric Current (SES) Fields / Stationäre elektrische Ströme (SES) Felder Slowly Time Varying Fields / Langsam zeit- veränderlich Felder

Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 2 / Vorlesung 2 17 Rapidly Time Varying Electromagnetic (EM) Fields / Zeitlich schnell veränderliche elektromagnetische (EM) Felder Examples: Antenna and Human Head Interaction / Beispiele: Antenne und Interaktion mit menschlichem Kopf Horn Antenna: Contour Plot of Electric Field Strength Vector (E y Component) / Hornantenne: Konturdarstellung des elektrischen Feldstärkevektors (E y -Komponente) (CST Microwave Studio, Biomedical Application: Human head model irradiated by the electromagnetic field of a mobile phone / Biomedizinische Anwendung: Menschliches Kopfmodell bei Bestrahlung durch das elektromagnetische Feld eines Mobiltelefon (CST Microwave Studio,

Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 2 / Vorlesung 2 18 End of Lecture 2 / Ende der 2. Vorlesung