OSNOVE ELEKTROTEHNIKE

Spoštovani študenti!

V letu 2009 začenjamo z Bolognjskim načinom študija, ki tako od vas študentov kot od nas (pedagogov) terja nekoliko drugačen način dela. Predvsem je bistvena razlika v primerjavi s prejšnjim načinom dela večji poudarek na sprotnosti opravljanja študijskih obveznosti. Pogoji za vpis v višji letnik so mnogo bolj strogi, kot so bili v preteklosti.

V skladu z duhom bolonje, bomo pri predmetu Osnove elektrotehnike imeli štiri različne načine dela:

Predavanja. Obiskovanje predavanj je ključnega pomena za uspešnost študija. Na predavanjih bomo vpeljevali osnovne koncepte, potrebne za razumevanje električnih pojavov, poiskali njihov pomen in jih opisali v matematični obliki. Predavanja bomo nadgradili z realnimi eksperimenti, pa tudi simulacijami, animacijami in podobno.
Auditorne vaje so namenjeno poglabljanju razumevanja snovi iz predavaj. Tu ste razdeljeni v manjše skupine, ki omogočajo lažji kontakt do predavatelja. Na auditornih vajah je ključnega pomena vaše udejstvovanje, saj se na njih naučite uporabiti znanja iz predavanj.
Laboratorijske vaje so namenjene samostojnemu a vodenemu raziskovanju in opazovanju elektromagnetnih pojavov. So obvezne, kar pomeni, da brez opravljenih laboratorijskih vaj ne morete opravljati izpita.
Samostojno delo. V smislu vzpodbujanja samostojnega dela boste po vsakem sklopu predavanj imeli za nalogo, da izpolnete spletni kviz. Ta kviz morate opraviti najmanj 2 tedna po tem, ko je snov obdelana na predavanjih. Poleg tega boste v prvem semestru sestavili skupno seminarsko nalogo na določeno temo. Več boste izvedeli na auditornih vajah.

Na tej spletni strani najdete vse informacije, ki so potrebne za uspešno opravljanje predmeta in tudi določene dodatne informacije, povezane s poučevanjem predmeta.

Skupne spletne strani vseh pedagogov predmetov Osnove elektrotehnike I in Osnove elektrotehnike II za univerzitetni in visokošolski študij so na straneh:

http://torina.fe.uni-lj.si/oe (informacije o rokih izpitov, stari kolokviji in izpiti, itd.)

http://torina.fe.uni-lj.si/~oe/forum/ (za komunikacijo med študenti in študenti in pedagogi)

LITERATURA za OE	Študij na univerzi se nekoliko razlikuje od srednješolskega. Potrebno se je navaditi, da ste veliko bolj odvisni od samega sebe, od lastnih ambicij, interesov, vztrajnosti, itd. Znanje pri predmetu osnove elektrotehnike boste prav gotovo najlažje osvojili s sprotnim sodelovanjem na predavanjih in auditornih vajah. Prav gotovo bo za lažje razumevanje potrebno poseči po dodatni literaturi. Najbolje je poseči po literaturi, ki jo predlaga profesor, včasih pa je koristno pogledati tudi kakšno knjigo iz bogate zakladnice. Poiščite si primerna berila na strani http://www.izum.si/ Električna poljska jakost, električni potencial, gostota energije, ..., vse to so abstraktni pojmi, ki jih uporabljamo za opisovanje in razumevanje električnih pojavov. Predmet osnove elektrotehnike predvsem poskuša uvesti te pojme, pokazati njihovo povezavo in pomen, najpogosteje tako, da uporabimo matematičen zapis. V osnovi torej zapišemo enačbe, ki primerno opišejo problem, ki ga želimo rešiti in ga nato rešimo. Tak način reševanja se večinoma uporablja tudi na preverjanjih znanja. Osnovne matematične pripomočke (tabele odvodov, integralov, itd.) zlahka dobimo na spletu: Literatura_matematika.htm V letu 2006 je profesor A. SInigoj izdal zbirko treh knjig (zvezkov), ki so namenjene boljšim dijakom in profesorjem na srednjih šolah, koristno pa jo lahko uporabili tudi študenti FE. Matematična obravnava je manj zahtevna, saj je prilagojena srednješolskemu znanju matematike, zato pa je morda ravno bolj primerna za tiste, ki se prvič resneje srečujejo z elektrotehniko. Zbirka je na voljo v skriptarni FE. Od leta 2006 je za moje študente na voljo skripta za lažje spremljanje predavanj iz teh dveh predmetov. Skripto sproti dopolnjujem, predvsem v smislu dodajanja zgledov uporabe računalnika za izračune in vizualizacijo električnega in magnetnega polja. Zasnova skript je/bo v obliki delovnega zvezka - vsebuje del teorije, rešene primere, nekaj primerov vizualizacije, poudarek pa je tudi na sprotnem delu študentov z dopolnjevanjem slikovnega materiala ter s samostojnim delom: reševanjem dodatnih nalog, uporabo računalnika pri delu, iskanje dodatnih informacij na spletnih straneh, itd. Najnovejše verzije so razdeljene po poglavjih in za tekoče leto nastajajo sproti. Za OE1 jih dobite na strani http://lbm.fe.uni-lj.si/oe/OE1_2009/OE1.htm , za OE2 pa na strani http://lbm.fe.uni-lj.si/oe/OE2_2008/OE2.htm . Zadnje verzije združene v eni dadoteki so na voljo na povezavah: OE1: http://lbm.fe.uni-lj.si/oe/OE1/OE1_vezja_2008.pdf http://lbm.fe.uni-lj.si/oe/OE1/OE1_elektrostatika_2008.pdf OE2: http://lbm.fe.uni-lj.si/oe/OE2/OE2_magnetostatika_2007.pdf http://lbm.fe.uni-lj.si/oe/OE2/OE2_Izmenicni_Signali_2007.pdf. Poleg omenjenega obstaja tudi zelo kakovostna tuja literatura, ki se je ne bi smeli braniti vzeti v roke. V začetku predstavlja morda nekoliko bolj zahtevno branje in študij se bo kasneje obrestoval. Nekaj knjig iz knjižnice FE je zbranih na tem seznamu: LITERATURA IZ OSNOVE ELEKTROTEHNIKE iz knjižnice FE
KVIZI in PRPIPRAVE NA KOLOKVIJE IN IZPITE	Sprotno delo je za uspešen rezultat (opravljen izpit) bistvenega pomena. Letos (2009) bo v ta namen obvezno tudi opravljanje kvizov, ki so na strani letošnje skripte http://lbm.fe.uni-lj.si/oe/OE1_2009/OE1.htm. Geslo za opravljanje izpitov izveste na predavanjih. V zadnjih letih smo vse izpitne in kolokvijske naloge opremili z rešitvami, ki ji tudi komentiramo. Na ta način lahko izpitne in kolokvijske naloge služijo kot učbeni pripomoček, ki se ga študentje vedno pogosteje poslužujejo. Najdete jih na naslovu http://torina.fe.uni-lj.si/~oe/literatura.html . Te naloge je smiselno reševati s sprotnim delom. Le tako boste lahko dobro sledili pedagpškemu procesu. Predlagam, da vsak teden poskušate rešiti nekaj nalog, ki se skladajo z reševanjem na auditornih vajah. Ker je morda včasih nejasno, ali je bila problematika, ki jo obravnava naloga že obdelana na predavanjih in vajah, sem sestavil seznam nalog po področjih. Oglejte si Pregled nalog iz OE1 po tematikah - elektrostatika in Pregled nalog iz OE2 po tematikah. Pri pripravah in študiju si pomagajte s formulami, ki jih boste lahko imeli tudi na kolokvijih in izpitih. Nahajajo se na spletni strani http://torina.fe.uni-lj.si/~oe/literatura.html. Poleg tega na tej strani najdete osnovna izpitna vprašanja za OE1 in OE2.
MATEMATIČNI LABORATORIJ- MATLAB	Dandanes so nam za reševanje in vizualizacijo rešitev na voljo raznovrstni pripomočki. Za reševanje in prikaz algebrajsko (v obliki enačb) zapisanega problema se na Fakulteti za elektrotehniko (in tudi drugod) pogosto uporabljata programa MATLAB in MATEMATICA. To sta zelo zmogljiva programa, ki vam kot "za šalo" rešita sistem enačb 100x100 ali integral, odvod, diferencialno enačbo itd. in na koncu še omogočata izredno kvalitetno vizualizacijo. Programa se redno uporabljata pri pedagoškem pa tudi raziskovalnem delu na naši fakulteti, zato se je koristno z njimi čimprej seznaniti in ju uporabljati. V ta namen smo pripravili nekaj primerov možnih izračunov, ki vam lahko služijo na poti spoznavanja programa. Lahko si naložite predlogo uporabe programa MATLAB pri nalogah iz predmeta Osnove elektrotehnike I v PDF obliki (ki je morda bolj primerna za tiskanje) http://lbm.fe.uni-lj.si/dejan/OE/MATLAB/OE_MATLAB_oe1_OE1_1e.pdf ali pa v html obliki http://lbm.fe.uni-lj.si/dejan/OE/MATLAB/Mlab_oe1.html ki je morda bolj primerna za direkten ogled z brskalnikom in uporabo ukazov copy/paste. Zaenkrat imamo le 2 primera uporabe MATLABA za OE2, dobrodošli ste, da dopolnete zbirko http://lbm.fe.uni-lj.si/dejan/OE/MATLAB/oe2_mlab.htm. Osnovna navodila za delo z MATLABOM lahko najdete na mnogih straneh. V slovenskem jeziku recimo na: http://www.ro.feri.uni-mb.si/predmeti/navodila/Matlab_nav/matlab_65_and.htm ali http://193.77.182.141/FAX/files/matlab.pdf
MATEMATICA	Nekaj primerov uporabe programa Matematica je prispeval mag. Edi Bulić
NUMERIČNA SIMULACIJA ELEKTRIČNEGA IN MAGNETNEGA POLJA - FEMLAB	Poleg MATLABA in MATEMATICE obstaja vrsta programov, ki računajo Maxwellove enačbe z numeričnimi metodami na disktretizirani "mreži". Pri predmetu Osnove elektrotehnike govorimo o Maxwellovih enačbah le posredno, saj so to enačbe, ki so večinoma zbrane od drugih velikanov elektrotehnike kot so na primer Gauss, Ampere, Faraday. Te enačbe zapišemo v integralski obliki (z uporabo integrala), lahko pa bi jih zapisali tudi v t.i. diferencialni obliki (z "operatorji" kot so gradient in rotor). V pedagoške in raziskovalne namene je izredno primeren program FEMLAB, ki je nadgradnja MATLABA in ima vrsto orodij za numerično reševanje enačb. Poglejte si nekaj preprostih izračunov polj narejenih z omenjenim programom. Primer uporabe FEMLABA za preproste primere polj iz Osnov elektrotehnike I: http://lbm.fe.uni-lj.si/dejan/OE/FEMLAB/primeri_iz_elektrike_FEMLAB.htm
SIMULACIJA Z DELCI - JACOB	Alternativni način numeričnemu reševanju sistema diferencialnih enačb na diskretizirani strukturi predstavlja dinamično reševanje osnovne enačbe za silo med naelektrenimi delci (t.i. Lorentzovo silo). V tem primeru izračunamo rezultančno silo, s katero vsi ostali naelektreni delci delujejo na delec. Le tega v naslednjem časovnem koraku premaknemo v smeri rezultančne sile premosorazmerno z velikostjo izračunane sile. Če to naredimo za vse delce, lahko opazujemo dinamiko gibanja delcev v prostoru. Ostale veličine, kot so električna poljska jakost ali potencial v prostoru določimo iz že znane postavitve naelektrenih delec (nabojev) v prostoru. Tak program z imenom JaCoB je bil z večletnim razvojnim delom razvit v našem laboratoriju (sedaj Laboratorij za bioelektromagnetiko), njegov idejni vodja in tudi realizator je pokojni profesor Vojko Valenčič. Program je izredno primeren v didaktične namene, saj pokaže, da je pravzaprav porazdelitev elektrin (nabojev) v prostoru in sile med njimi sam srž elektrike (fizike), električno polje, potencial itd. pa so pojmi, ki nam omogočajo lažji prehod v uporabo električnih pojavov v praksi. Celoten program JaCoB (Java COnstructive OBjects) s celovitimi primeri iz elektrostatike in magnetostatike je na voljo na spletni strani http://jacob.fe.uni-lj.si/
RAZVOJNI SISTEM - BRINA	Da bi omogočili študentom, ki kažejo večji interes za elektrotehniko, da se čimprej seznanijo z elementi vezij in tudi z modernim načinom uporabe mikrokontrolerjev, smo v Laboratoriju za bioelektromagnetiko razvili t.i. razvojno okolje za delo z mikrokontrolerjem firme Atmel. Internetna stran http://lbm.fe.uni-lj.si/brina vas vodi v smeri spoznavanja vezij, mikrokontrolerjev, lotanja in programiranja. Z omenjenim okoljem lahko zelo enostavno priključite zunanje senzorje in obdelujete podatke, shranjujete na spominsko SD kartico, zapisujete na zaslon LCD, prenašate na računalnik preko vgrajenega USB kanala, itd. V LBM smo za tiste, ki bi si želeli spoznati delo z mikrokontrolerji pripravili nekaj "kitov", ki vsebujejo izdelano tiskovino in vse potrebne elemente. Interesenti naj se javijo v Laboratoriju LBM ali mi pišejo po elektronski pošti.
SEMINARSKE NALOGE	Seminarske naloge Vsak študent mora v okviru laboratorijskih vaj pripraviti eno seminarsko nalogo iz tematike, ki je v skladu s snovjo, ki se predava pri predmetu. Navodila za rezervacijo, pripravo in oddajo seminarske naloge pri predmetu OE1: seminar_oe1_navodila.doc Predloga za pripravo seminarske naloge raziskovalnega tipa: seminar_oe_A.doc Predloga za pripravo seminarske naloge preglednega tipa: seminar_oe_B.doc Spletna stran za oddajo elektronske verzije seminarske naloge: nalozi_seminar.html Nekaj možnih tem za posamezna pedmeta: Teme za seminarske naloge iz OE1 Teme za seminarske naloge iz OE2
ELEKTRIKA NA SPLETU	Študenti pogosto ugotavljajo, da je predmet Osnove elektrotehnike preveč teoretičen in želijo pridobiti več konkretnih znanj. Na en način se z njimi (vami) strinjam, saj mora inženir na koncu kariere znati rešiti konkretne elektrotehniške naloge. Po drugi strani pa mora študent na začetku skozi "mučni" proces spoznavanja osnovnih zakonitosti elektrike. In te niso vedno lahke. Kljub temu s kolegi pri predmetu stremimo k izboljšanju pedagoškega dela v smislu uvajanja novih načinov podajanja snovi, z vključevanjem realnih in virtualnih eksperimentov, uporabo matematičnih in simulacijskih orodij, video in Powerpoint prezentacij, itd. V laboratoriju se trudimo dopolnjevati sprotno pedagoško delo tudi z raziskovalno/pedagoškim delom. Sestavljamo, nabavljamo in izdelujemo naprave za realne eksperimente ter o njih pišemo strokovne prispevke. Strani na internetu so neizmeren vir znanj iz mnogih področij. Tudi elektrike. Od splošnih enciklopedij kot je Enciclopedia Brittanica in zanimiv projekt Wikipedia (precej člankov tudi v slovenskem jeziku). Nekaj povezav najdete na sledeči spletni strani, ki pa vsekakor potrebuje stalne dopolnitve, saj je internet najbolj dinmamičen medij današnjega časa. Oglejte si povezave na strani: Web_literatura.htm
RAZISKOVALNO DELO	Tistim, ki sprotno opravljajo študijskih obveznosti (izpitov) svetujem, da se tvorno vključijo v raziskovalno/razvojno delo kakšnega od laboratorijev. V laboratorijih imamo najraje, da potrka na vrata nekdo, ki ima že nekaj malega znanja (recimo iz osnovnega progrmiranja, sestavljanja vezij, ...) in ga zanima delo laboratorija. Spisek laboratorijev na FE se nahaja na spletni strani fakultete. Laboratorij za bioelektromagnetiko, ki ga vodim, se ukvarja z vrsto elektrotehniških problematik (tako teoretičnih kot praktičnih) in je vedno pripravljen medse sprejeti študente z veseljem do raziskovalno/razvojnega dela. Dejavnosti laboratorija si lahko ogledate na spletni strani http://lbm.fe.uni-lj.si. Oglejte si tudi možne teme za diplomske naloge na študentski strani http://lbm.fe.uni-lj.si ali plakat pripravljen v predstavitvene namene: Hevreka2006_Web.htm. Če imate dobro internetno povezavo si lahko ogledate tudi slike prezentacije dela laboratorija: Laboratorij za bioelektromagnetiko.htm