EEM226 Elektromanyetik Dalga Teorisi I: Haftalık Ders Planlama Dokümanı (Course Outline)

Bu yazı, Başkent Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği EEM 226 Electromagnetic Wave Theory I dersinin "0B – Course Outline" belgesidir; ders içerik formunda bu belge HDPD (Haftalık Ders Planlama Dokümanı) olarak anılıyor. Hazırlayan dersin öğretim üyesi Prof. Dr. S. Gökhun Tanyer; PDF Şubat 2016 tarihli. Belge Türkçe ve İngilizce karışık yazılmış, burada da öyle aktarıldı. 17 sayfalık orijinal PDF yazının sonunda indirilebilir.

Hedeflerimiz

EEM 224 Elektromanyetik (EM) I dersinde durağan/durgun/statik koşullar altında (yani zaman içerisinde herhangi bir değişikliğin olmadığı durgun ortamda) önce elektrik, sonra da manyetik alanın tanımı, fiziksel özellikleri ve farklı koşullar altında ne şekilde değişeceğini tahmin etme, hesaplama yöntemlerini inceledik.

EEM 323 EM II dersi ise bir önceki EEM 224 dersinin devamı olarak tanımlanmıştır. Aynı kaynak kitaplar kullanılmaktadır. Kapsam olarak durgun elektrik ve durgun manyetik alanlar özetlenmekte ve daha sonra asıl kapsam olan "zamanda herhangi bir değişiklik olduğunda ne olur?" sorusuna cevap verilmektedir. Bu değişikliklere yük dağılımının değişmesi, akımın zamana göre artması veya azalması örnek olarak verilebilir. Her iki durumda da elektrik ve manyetik alanların "durgun" olduğu kabulü artık yanlış olmaktadır.

Tarihsel önemi olan bu soruyu birçok bilim insanı incelemiş ve elde ettikleri sonuçlardan çok etkilenmişlerdir. Özellikle dersimizde çalışmalarını örnekler üzerinden inceleyeceğimiz Faraday, Ampère, Kirchhoff ve özellikle Maxwell isimleri ile karşılaşacağız. Einstein'ın en önemli üç kişi olarak fotoğraflarını astığı kişilerin Newton, Faraday ve Maxwell olduğu dikkate alınırsa, fiziğin en önemli gelişmelerinin yaşandığı dönemin çalışmalarını birlikte inceleyeceğiz.

Not: Belge başlıkta EEM 226'yı anlatırken bu bölümde EEM 224 (EM I) ve EEM 323 (EM II) derslerinden söz ediyor; haftalık plandaki dosya adları da EEM224 önekli. Belge büyük olasılıkla EEM 224 için hazırlanmış bir şablondan uyarlanmış.

Ön koşullar (isteğe bağlı)

Web sayfaları

Ders malzemeleri Başkent Üniversitesi Moodle sistemi (moodle.midas.baskent.edu.tr, Mühendislik Fakültesi) üzerinden paylaşılıyordu; Moodle şifresi ilk hafta derste veriliyordu. Ayrıca hocanın www.baskent.edu.tr/~gokhuntanyer/ sayfasında ilave malzeme olduğunda bilgi veriliyordu.

Kaynak kitaplar (Text)

Required text:

• [1] David Keun Cheng, Fundamentals of Engineering Electromagnetics, Addison-Wesley Publishing, Inc., 1993. Veya çevirisi: Adnan Köksal, Birsen Saka, Mühendislik Elektromanyetiğinin Temelleri, Palme Yayınları.
• [2] U. S. İnan, A. S. İnan, R. K. Said, Engineering Electromagnetics and Waves, İkinci Basım, Pearson Education Inc., 2015.
• [3] David Keun Cheng, Field and Wave Electrodynamics, Addison-Wesley Publishing, Inc., 2006. Veya çevirisi: Nizamettin Armağan, Emel Çıngı, Coşkun İşçi, Gülsen Önengil, Nurdoğan Can, Mami Sözüer, Akademi Yayınları.

Supplemental text:

• [4] U. S. İnan, A. S. İnan, R. K. Said, Engineering Electromagnetics and Waves, İkinci Basım, Pearson Education Inc., 2015.
• [5] David Keun Cheng, Field and Wave Electromagnetics, Addison-Wesley Publishing, Inc. Veya çevirisi: Mithat İdemen, Elektromanyetik Alan Teorisinin Temelleri – Field and Wave Electromagnetics, Literatür Yayıncılık.
• [6] Stanley V. Marshall, Richard E. DuBroff, Gabriel G. Skitek, Electromagnetic Concepts and Applications, Dördüncü Basım, Prentice Hall International, Inc., 1996.

Not: [2] ile [4] aynı kitap; [3]'teki "Field and Wave Electrodynamics" adı büyük olasılıkla Cheng'in "Field and Wave Electromagnetics" kitabını kastediyor (bkz. [5]).

Objectives

When you finish this course you will be able to:

• Understand the physical interpretations of Maxwell's equations
• Get a strong feeling of the meanings of the fundamental electromagnetic equations
• Realize the practical applications of mathematical approximations and see their importance in simplifying "nature" so that we (simple minds) could try to understand them
• Describe the similarities and the differences between the governing equations for an electromagnetic wave and an optical wave
• Describe "light" as an electromagnetic wave
• Describe the relationship between light rays and wave fronts
• Calculate water wave displacement on a sinusoid-like waveform as a function of time and position
• Describe how electromagnetic waves are similar to and different from water waves
• State the conditions required for producing interference patterns
• Define constructive and destructive interference
• Describe how polarizers/analyzers are used with polarized light
• Merge your internal understanding of electric and magnetic fields at 0 Hertz to optical waves above ultra-violet at very large frequencies stated in terms of terahertz...
• You would look at your own eyes and binoculars at a different angle,
• and hopefully, enjoy photography more, and you could even become an amateur in astronomy.

Projects

Single person projects for first and second half of semester.

• Two projects will be assigned.
• Topics will include vector algebra, modelling of wave dynamics (plots and graphs), simulation of wave dynamics (images, videos, sound).
• Matlab of any version or similar software programming packages can be used.
• The projects will be accepted in project format which will include: title page (name/surname, name of the project, summary); theoretical details (you will explain what you had accomplished and what is your output); numerical results and figures; source code written in text format.
• A list of project topics will be listed. Projects will be assigned to each student as "first come first serve".
• First project: weeks 1 – 9 (last lecture in that week).
• Second project: weeks 10 – 14 (last lecture in that week).

Topics covered (haftalık plan)

Lectures / office hours

• Class room: A – 310, 308 (I have the key)
• My office: A – 404

Coffee, tea and snacks are allowed in class room (as long as you share them with your friends). Personal breaks any time if necessary; please sign if you are leaving. Definitely no phones, no messaging and no laptops!..

Additional notes

• The information in this lecture has been obtained from sources believed to be reliable. The author does not guarantee the accuracy or completeness of any information presented herein, and shall not be responsible for any errors, omissions or damages as a result of the use of this information.
• All materials are cited. The list of such references are given in the course outline documentation.

Information about the instructor

Prof. Dr. S. Gökhun Tanyer, Başkent University, Dept. Electrical–Electronics Eng., Faculty of Eng., room A-404.

Active research:

• Statistical signal processing: true random number generation
• Signal processing: time and frequency resolution optimizations
• Antenna design and optimization
• Music theory: Just-37 interval system for the Turkish Maqam music; Al-Jurjani's 1,000 year old problem; struggle between the octaves and the fifths

Belgenin son sayfalarında hocanın üzerinde çalıştığı iki kitap ("Nature of music – Sound of mathematics" ve Türkçesi "Müziğin doğası – Matematiğin sesi") ile optik/kızılötesi bantlar, RF bandı ve akustik başlıkları altında 39 maddelik bir yayın listesi yer alıyor; tam liste orijinal PDF'te.

Good luck!...