Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 1 Elektromagnetische Feldtheorie I (EFT I) / Electromagnetic Field Theory I (EFT I)

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1 Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 1 Elektromagnetische Feldtheorie I (EFT I) / Electromagnetic Field Theory I (EFT I) 4th Lecture / 4. Vorlesung University of Kassel Dept. Electrical Engineering / Computer Science (FB 16) Electromagnetic Field Theory (FG TET) Wilhelmshöher Allee 71 Office: Room 2113 / 2115 D-34121 Kassel Universität Kassel Fachbereich Elektrotechnik / Informatik (FB 16) Fachgebiet Theoretische Elektrotechnik (FG TET) Wilhelmshöher Allee 71 Büro: Raum 2113 / 2115 D-34121 Kassel Dr.-Ing. René Marklein marklein@uni-kassel.de http://www.tet.e-technik.uni-kassel.de http://www.uni-kassel.de/fb16/tet/marklein/index.html

2 Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 2 Spherical Coordinates / Kugelkoordinaten Cylindrical Coordinates / Zylinderkoordinaten Cartesian Coordinates / Kartesische Koordinaten Transformation Table / Umrechnungstabelle Coordinates of Different Coordinate Systems / Koordinaten verschiedenen Koordinatensystemen

3 Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 3 1.Formulate x as a function of the cylinder and spherical coordinates. / Formuliere x als Funktion der Zylinder- und Kugelkoordinaten. 2.Formulate r as a function of the Cartesian and spherical coordinates. / Formuliere r als Funktion der Kartesischen und Kugelkoordinaten. 3.Formulate as a function of the cylinder coordinates. / Formuliere als Funktion der Zylinderkoordinaten. Examples / Beispiele

4 Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 4 Cartesian Coordinates / Kartesische Koordinaten Cylindrical Coordinates / Zylinderkoordinaten Spherical Coordinates / Kugelkoordinaten Transformation Table / Umrechnungstabelle Scalar Vector Components in Different Coordinate Systems / Skalare Vektorkomponenten in verschiedenen Koordinatensystemen

5 Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 5 Example: Coordinate Transformation of the Position Vector / Beispiel: Koordinatentransformation des Ortsvektor Position Vector in the Cartesian Coordinate System / Ortsvektor im Kartesischen Koordinatensystem Transformation of the Coordinates / Transformation der Koordinaten Position Vector in the Cartesian Coordinate System as a Function of Cylinder Coordinates / Ortsvektor im Kartesischen Koordinatensystem als Funktion der Zylinderkoordinaten Transformation of the Scalar Vector Components / Transformation der skalaren Vektorkomponenten Position Vector in the Cylinder Coordinate System / Ortsvektor in dem Zylinderkoordinatensystem ? Position Vector in the Cylinder Coordinate System / Ortsvektor im Zylinderkoordinatensystem

6 Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 6 Faradays Induction Law in Integral Form / Faradaysches Induktionsgesetz in Integralform (1) Faradays Induction Law / Faradaysches Induktionsgesetz Time Dependent Surface / Zeitabhängige Fläche Time Dependent Contour / Zeitabhängige Kontur

7 Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 7 Faradays Induction Law in Integral Form / Faradaysches Induktionsgesetz in Integralform (2) Faradays Induction Law / Faradaysches Induktionsgesetz [m]Closed Contour Integral / Geschlossenes Kurvenintegral [V/m]Electric Field Strength / Elektrische Feldstärke [m] Vectorial Differential Line Element / Vektorielles differentielles Linienelement [V] Scalar Product of E and dR = tangential projection of E onto dR / Skalarprodukt von E auf dR = Tangentialprojektion von E auf dR Vectorial Differential Line Element / Vektorielles differentielles Linienelement Tangential Unit Vector / Tangentialer Einheitsvektor Scalar Differential Line Element / Skalares differentielles Linienelement

8 Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 8 Different Products / Verschiedene Produkte Scalar Product / Skalarprodukt Vector Product / Vektorprodukt Dyadic Product / Dyadisches Produkt

9 Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 9 Scalar Product (Dot or Inner Product) / Skalarprodukt (Punktprodukt oder inneres Produkt) (1) Enclosed Angle / Eingeschlossener Winkel

10 Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 10 Scalar Product (Dot or Inner Product) / Skalarprodukt (Punktprodukt oder inneres Produkt) (2) Orthonormal Unit Vectors / Orthonormale Einheitsvektoren Cartesian Coordinates / Kartesische Koordinaten

11 Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 11 Scalar Product (Dot or Inner Product) / Skalarprodukt (Punktprodukt oder inneres Produkt) (3) Kronecker Delta / Kronecker-Delta with Einsteins Summation Convention / mit Einsteinscher Summationskonvention Einsteins 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.

12 Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 12 Magnitude of a Vector / Betrag eines Vektors

13 Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 13 Example: Position Vector and Electric Field Strength Vector / Beispiel: Ortsvektor und elektrischer Feldstärkevektor Cartesian Coordinate System / Kartesisches Koordinatensystem Electric Field Strength Vector / Elektrische Feldstärkevektor Position Vector / Ortsvektor Magnitude of the Position Vector (Distance) / Betrag des Ortsvektor (Abstand) Magnitude of the Electric Field Strength Vector (Strength) / Betrag des elektrische Feldstärkevektors (Stärke) Position Unit Vector (Direction) / Ortseinheitsvektor (Richtung) Electric Field Strength Unit Vector (Direction) / Elektrische Feldstärkeeinheitsvektor (Richtung)

14 Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 14 Vector Product (Cross or Outer Product) / Vektorprodukt (Kreuzprodukt oder äußeres Produkt) (1) Surface / Fläche

15 Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 15 Vector Product (Cross or Outer Product) / Vektorprodukt (Kreuzprodukt oder äußeres Produkt) (2) Orthonormal Unit Vectors / Orthonormale Einheitsvektoren

16 Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 16 Vector Product (Cross or Outer Product) / Vektorprodukt (Kreuzprodukt oder äußeres Produkt) (3) Add the first two Columns / Addiere die beiden ersten Spalten Sarrus Law / Regel von Sarrus [Pierre Frédéric Sarrus, 1831] http://de.wikipedia.org/wiki/Regel_von_Sarrus

17 Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 17 Dyadic Product / Dyadisches Produkt

18 Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 18 Electrostatic (ES) Fields / Elektrostatische (ES) Felder

19 Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 19 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

20 Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 20 Integral Form /Differential Form / IntegralformDifferentialform Curl-Free E Field / Rotationsfreies E Feld Divergence of D Represents Electric Charge Density / Quellstärke von D entspricht der elektrischen Raumladungsdichte Electrostatic (ES) Fields / Elektrostatische (ES) Felder: Governing Equations / Grundgleichungen Electrostatic (ES) Fields – Governing Equations / Elektrostatische (ES) Felder – Grundgleichungen Electrostatic / Elektrostatik No Time Dependence and No Magnetic Field Quantities / Keine Zeitabhängigkeit und keine magnetischen Feldgrößen

21 Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 21 Integral Form / Integralform Electrostatic (ES) Fields / Elektrostatische (ES) Felder: Governing Equations / Grundgleichungen Electrostatic (ES) Fields – Governing Equations / Elektrostatische (ES) Felder – Grundgleichungen Vacuum / Vakuum Electric Field Constant / Elektrische Feldkonstante (IEEE, VDE) Permittivity of Free Space / Permittivität des Freiraumes Side Remark: In some Cases / Nebenbemerkung: In einigen Fällen Permittivity / Permittivität Differential Form / Differentialform

22 Dr.-Ing. René Marklein - EFT I - WS 06/07 - Lecture 4 / Vorlesung 4 22 End of Lecture 4 / Ende der 4. Vorlesung