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Handbook on Fundamentals of Electromagnetic Theory

Titel: Handbook on Fundamentals of Electromagnetic Theory

Fachbuch , 2018 , 140 Seiten , Note: 1

Autor:in: Dr. K. S. Kiran (Autor:in), Dr. Thangadurai Natarajan (Autor:in)

Ingenieurwissenschaften - Energietechnik
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Zusammenfassung Leseprobe Details

Electromagnetic Theory plays an important role in modernizing human life and encompasses wide areas such as: generation, transmission, and distribution of electrical power, digital systems, satellite communications, signal processing, robotics, mechatronics, computer, control, artificial intelligence, and networks.

A four year engineering curriculum normally contains various modules of electromagnetic field theory. However, some curricula do not have enough slots to accommodate the two modules. This book, is designed for undergraduate students to provide fundamental knowledge of electromagnetic fields and waves in a structured manner. A comprehensive fundamental knowledge of electric and magnetic fields is required to understand the working principles of generators, motors, and transformers. This knowledge is also necessary to analyze transmission lines, substations, insulator flash over mechanism, transient phenomena, etc.

This book is written in a simple way so that the students will find it easy to understand the electromagnetic field theory and its applications. Several worked out examples are included to enhance the understanding of electromagnetic field theories. Each chapter also includes several practice problems with answers given at the end of the book, which would facilitate students’ understanding.

Leseprobe


Table of Contents

Introduction

1. Electrostatics

1.1. Coulomb’s law

1.2. Gauss’s Law

1.3. Laplace’s Equation

1.4. Uniqueness Theorem

1.5. Capacitance

1.6. Energy Density

2. Magnetostatics

2.1. Biot Savartz Law

2.2. Ampere’s Law

2.3. Faraday’s Law

2.4. Self inductance

3. Maxwell Equations

4. Electromagnetic Waves

4.1. Wave equation

4.2. Plane waves

4.3. Propagation of a uniform plane wave:

4.4. Polarisation

4.5. Poynting Vector

5. Solved Problems

6. Appendix

Bibliography

Objectives & Topics

The primary goal of this handbook is to provide undergraduate engineering students with a structured and comprehensive understanding of the fundamental principles of electromagnetic fields and waves, enabling them to analyze electrical systems and communication technologies.

  • Electrostatic field analysis and fundamental laws (Coulomb’s, Gauss’s).
  • Magnetostatic principles including Biot-Savart and Ampere’s Law.
  • Maxwell’s equations and their application to time-varying fields.
  • Propagation characteristics of electromagnetic waves in different media.
  • Practical application of field theory in engineering problem solving.

Excerpt from the Book

4.2. Plane waves

These are the electromagnetic waves in which electric and magnetic fields are uniform over a plane perpendicular to the direction of propagation.

For example, for an electromagnetic wave propagating along X axis , if the electric and magnetic fields do not vary along Y and Z axes but vary along X axis ,then the wave is said to be a plane wave.

Chapter Summary

Introduction: Provides an overview of the origin of electromagnetic communication and the foundational role of Maxwell’s equations.

1. Electrostatics: Covers the behavior of static electric charges, covering Coulomb’s law, Gauss’s law, and Laplace’s equation for potential.

2. Magnetostatics: Discusses steady magnetic fields, introducing Biot-Savart law, Ampere’s law, and the concept of self-inductance.

3. Maxwell Equations: Presents the comprehensive set of four equations governing both static and time-varying electromagnetic fields.

4. Electromagnetic Waves: Explores the wave nature of electromagnetic fields, including wave equations, plane wave propagation, and the Poynting vector.

5. Solved Problems: Contains a variety of practical exercises and step-by-step solutions covering electrostatics and magnetostatics.

6. Appendix: Offers supplementary material on vector algebra, coordinate systems, and magnetic circuit analogies.

Bibliography: Lists key academic references and textbooks for further study in electromagnetic field theory.

Keywords

Electromagnetics, Electrostatics, Magnetostatics, Maxwell’s Equations, Electric Field, Magnetic Flux Density, Wave Equation, Capacitance, Inductance, Poynting Vector, Polarisation, Propagation Constant, Scalar Potential, Vector Potential, Skin Effect

Frequently Asked Questions

What is the core focus of this handbook?

The handbook focuses on providing undergraduate engineering students with fundamental knowledge of electric and magnetic fields, essential for understanding electrical systems.

What key physical phenomena are explored in the text?

The text covers static electric charges, steady magnetic fields, time-varying electromagnetic fields, and the propagation of electromagnetic waves.

What is the primary objective of including worked examples?

Worked examples are included to bridge the gap between theoretical laws and their practical application in engineering scenarios.

Which mathematical tools are emphasized for field analysis?

The book emphasizes engineering mathematics, specifically vector calculus and differential equations, to interpret and solve electromagnetic theories.

What specific topics are addressed in the main section?

The main sections treat electrostatics, magnetostatics, Maxwell’s equations, and electromagnetic wave propagation in various media.

What are the characterizing keywords of this work?

Key terms include electrostatics, magnetostatics, Maxwell’s equations, wave equations, capacitance, inductance, and the Poynting vector.

How is the displacement current density derived?

The book derives displacement current density by examining the inconsistency in Ampere's Law for time-varying fields, leading to Maxwell’s modification.

What is the significance of the Uniqueness Theorem?

The Uniqueness Theorem is essential for solving Laplace’s equation, asserting that a solution is unique if the potential is specified on all boundaries.

What approach is used to explain the propagation of uniform plane waves?

The propagation is explained through the Helmholtz wave equation, analyzing how fields behave in both conducting and dielectric media.

Ende der Leseprobe aus 140 Seiten  - nach oben

Details

Titel
Handbook on Fundamentals of Electromagnetic Theory
Hochschule
Jain University
Note
1
Autoren
Dr. K. S. Kiran (Autor:in), Dr. Thangadurai Natarajan (Autor:in)
Erscheinungsjahr
2018
Seiten
140
Katalognummer
V426561
ISBN (eBook)
9783668711297
ISBN (Buch)
9783668711303
Sprache
Englisch
Schlagworte
handbook fundamentals electromagnetic theory
Produktsicherheit
GRIN Publishing GmbH
Arbeit zitieren
Dr. K. S. Kiran (Autor:in), Dr. Thangadurai Natarajan (Autor:in), 2018, Handbook on Fundamentals of Electromagnetic Theory, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/426561
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