DEJAN
 
 

 

OSNOVE ELEKTROTEHNIKE  I

in 

OSNOVE ELEKTROTEHNIKE II

Dejan Križaj


 
 
 
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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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)

http://lbm.fe.uni-lj.si/dejan/joomla (za sprotna obvestila)

http://lbm.fe.uni-lj.si/ (spletna stran Laboratorija za bioelektromagnetiko, če vas slučajno zanima s čem se ukvarjam poleg poučevanja)


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.

 

Celotne skripte v PDF formatu za leto 2010:

OE1 elektrostatika: http://lbm.fe.uni-lj.si/oe/OE1/OE1_elektrostatika_2010.pdf

OE1 vezja: http://lbm.fe.uni-lj.si/oe/OE1/OE1_vezja_2010.pdf

 

 

Skripta razdeljena po poglavjih:

Za OE1 jih dobite na strani http://lbm.fe.uni-lj.si/oe/OE1_2009/OE1.htm, TU SO KVIZI ZA OE1

za OE2 pa na strani http://lbm.fe.uni-lj.si/oe/OE2_2008/OE2.htm .

 

Stare  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 PRIPRAVE 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 pa

http://193.77.182.141/FAX/files/matlab.pdf

 
 

MATEMATICA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Nekaj primerov uporabe programa Matematica je prispeval mag. Edi Bulić

[Graphics:HTMLFiles/index_10.gif][Graphics:HTMLFiles/index_8.gif]

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

 

 

 

 

 

 

 

Vsak študent mora v okviru laboratorijskih vaj pripraviti eno seminarsko nalogo iz tematike, ki je v skladu s snovjo, ki se predava pri  predmetu.

 

OE1:

 

OE2:

 

PREDLOGE ZA PRIPRAVO SEMINARSKE NALOGE:

  • Predloga za pripravo seminarske naloge raziskovalnega tipa: seminar_oe_A.doc
  • Predloga za pripravo seminarske naloge preglednega tipa: seminar_oe_B.doc
  • Predloga za pripravo seminarske naloge z uporabo računalnika:

seminar_oe2_2010_primer_A.docx (Word 2007) ALI

seminar_oe2_2010_primer.pdf ALI

seminar_oe2_2010_primer_w97.doc (Word 2003 ali kasnejše)

 

ODDAJA SEMINARSKIH NALOG

Spletna stran za oddajo elektronske verzije seminarske naloge:

nalozi_seminar.html

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