Computational Electromagnetics

General

• Code: ΠΛΕ09051
• Semester: 9th
• Study Level: Undergraduate
• Course type: Specialization
• Teaching and exams language: Greek
• Teaching Methods (Hours/Week): Lectures (2) / Practice Exercises (1)
• ECTS Units: 5
• Course homepage: https://elearning.cm.ihu.gr/course/view.php?id=1056
• Instructors: Anastassiu Hristos
• Coordinator: Anastassiu Hristos
• Class Schedule:
  • Tue 13:00 - 16:00: Θ (ΑΜΦ)

Course Contents

• Mathematical methods for computations in electromagnetic problems.
• Finite Differences in Frequency Domain (FDFD).
• Finite Difference Equations.
• Computational errors.
• Solutions of Helmholtz, diffusion, Poisson and Laplace equations.
• Finite Differences in Time Domain (FDTD).
• Solution of diffusion and wave equations.
• Implicit and explicit algorithms.
• Numerical stability and error propagation.
• Solution of Maxwell’s equations in 1, 2 and 3 dimensional spaces .
• Method of Auxiliary Sources (MAS).
• Green’s functions in 2 and 3 dimensions.
• Elementary currents and auxiliary sources .
• Boundary conditions and linear systems .

Educational Goals

Στο μάθημα παρουσιάζονται οι βασικές υπολογιστικές μέθοδοι επίλυσης των ηλεκτρομαγνητικών προβλημάτων. Αρχικά γίνεται ανασκόπηση της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας. Έμφαση δίνεται στην κλασική θεωρία των πέντε ειδών των διακριτών μαθηματικών μοντέλων στον Ηλεκτρομαγνητισμό (Μέθοδος των Πεπερασμένων Διαφορών στο πεδίο της συχνότητας, Μέθοδος των Πεπερασμένων Διαφορών στο πεδίο του χρόνου, Μέθοδος των Βοηθητικών Πγών, Μέθοδος των Ροπών και Μέθοδος των Πεπερασμένων Στοιχείων). Επίσης, στο μάθημα παρουσιάζεται η διεπιστημονικότητα και οι εφαρμογές του Υπολογιστικού Ηλεκτρομαγνητισμού.

Μετά την παρακολούθηση του μαθήματος οι φοιτητές θα πρέπει να:

• Γνωρίζουν και να κατανοούν τις βασικές υπολογιστικές μεθόδους που διέπουν τον Ηλεκτρομαγνητισμό.
• Είναι σε θέση να επιλύουν πλήρως κάποια απλουστευμένα προβλήματα και να καταστρώνουν αλγορίθμους για πιο πολύπλοκα.
• Αναπτύσσουν στοιχειώδεις κώδικες για την εξαγωγή αριθμητικών αποτελεσμάτων στον υπολογιστή.
• Γνωρίζουν και κατανοούν την διεπιστημονικότητα του Υπολογιστικού Ηλεκτρομαγνητισμού.
• Γνωρίζουν τις εφαρμογές του Ηλεκτρομαγνητισμού.

General Skills

• Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών.
• Εφαρμογή μαθηματικών εννοιών σε πραγματικά φυσικά προβλήματα.
• Προσαρμογή σε νέες καταστάσεις.
• Αυτόνομη εργασία.
• Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης.

Teaching Methods

• Θεωρητική από έδρας διδασκαλία με συζήτηση και ενεργό συμμετοχή των φοιτητών. Δίνεται έμφαση στην παράδοση επί του πίνακα. Σε περίπτωση επίδειξης πολύπλοκων δενδροδιαγραμμάτων και κωδίκων στον υπολογιστή χρησιμοποιείται επικουρικά το Power Point.

Use of ICT means

• Χρήση εξειδικευμένου λογισμικού.
• Επικοινωνία με φοιτητές μέσω e-mail, της ιστοσελίδας του μαθήματος και της ιστοσελίδας του Τμήματος

Teaching Organization

Students Evaluation

Ο τελικός βαθμός του μαθήματος διαμορφώνεται κατά 100% από τον βαθμό του θεωρητικού μέρους Ο βαθμός του θεωρητικού μέρους διαμορφώνεται από γραπτή τελική εξέταση και από κατ’ οίκον εργασίες που θα ανατίθενται τακτικά. Η γραπτή τελική εξέταση του θεωρητικού μέρους περιλαμβάνει:

• Επίλυση προβλημάτων εφαρμογής των γνώσεων που αποκτήθηκαν.
• Συγκριτική αξιολόγηση στοιχείων θεωρίας.
• Προβλήματα συγκριτικά μεγαλύτερης δυσκολίας από τα υπόλοιπα που βαθμολογούνται προσθετικά ως κίνητρο αριστείας.
• Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής σε ειδικές κατηγορίες φοιτητών (δυσλεκτικών κ.τ.λ.).

Recommended Bibliography

Συγγράμματα μέσω του συστήματος ΕΥΔΟΞΟΣ:

1. Θ. Τσιμπούκης Θεόδωρος, Ν. Κανταρτζής, Εφαρμοσμένος Ηλεκτρομαγνητισμός, Εκδόσεις University Studio Press, 2017.

Συγγράμματα που διανέμονται μέσω του ΔΙΠΑΕ ή της ηλεκτρονικής σελίδας του μαθήματος:

1. Σημειώσεις των διδασκόντων.

Συμπληρωματική προτεινόμενη βιβλιογραφία:

1. A. Taflove and S.C. Hagness (eds.), Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method, Artech House, 2000.
2. R. F, Harrington, Field Computation by Moment Methods, Krieger, 1982.
3. Jianming Jin, Finite Element Method in Electromagnetics, Wiley, 1993.
4. R. Zaridze et al., The Method of Auxiliary Sources (MAS), BSUAE, 1998.
5. K. Warnick, Numerical Analysis for Electromagnetic Integral Equations, Artech House, 2008.
6. M. N. O. Sadiku, Numerical Techniques in Electromagnetics, CRC Press, 2010.