Topic outline

  • Yleistä kurssista

    Kurssin asema kandidaatintutkinnossa

    Kenttäteoria-kurssi on osa Sähkötekniikan kandidaattiohjelman "Elektroniikka ja sähkötekniikka" -pääaineen opintoja. Mallilukujärjestyksessä kurssi suositellaan suoritettavaksi toisen opiskeluvuoden syksyllä. Kurssi on jatkoa perusopintojen fysiikan kurssille "Sähkö ja magnetismi". Kenttäteoria-kurssilla oppii sähkötekniikan perusasioita ja perusteista lähtevää sähköopillista ajattelua, jotka muodostavat pohjan syvälliselle osaamiselle ja DI-opinnoille esimerkiksi sähkövoimatekniikassa, elektroniikassa, mikroaaltotekniikassa ja optiikassa. Kurssilla opittavat differentiaalimuotoiset Maxwellin yhtälöt riittävät periaatteessa selittämään kaikki sähköopin lainalaisuudet siihen asti kunnes energian kvantittuminen täytyy ottaa huomioon.


    Kurssin esitiedot ja -taidot

    Kurssi on vaativa, mutta erittäin opettavainen, joten seuraavat esitiedot ja -taidot tulisi hallita ennen kurssin aloittamista, jotta kurssilla opiskelu olisi mielekästä ja siitä saisi mahdollisimman paljon irti:
      • teknillistieteellistä matematiikkaa; kompleksiluvut, matriisialgebra, vektorialgebra, trigonometria, ortogonaaliset koordinaatistot (karteesinen, sylinteri ja pallo), derivaatta ja integraali, differentiaaliyhtälöt, nabla, gradientti, taso-, viiva-, ja avaruusintegraalit ortogonaalisissa koordinaatistoissa (esim. kurssit MS-A0003 Matriisilaskenta, MS-A0103 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 ja MS-A0203 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2),
      • Mikäli haluaa oppia kenttäteoriaa syvällisesti, suosittelemme 1. periodissa rinnakkain suorittavaksi kurssia Differentiaali- ja integraalilaskenta 3, jossa käsitellään esimerkiksi vektorikenttien differentiaali- ja integraalilaskentaa (esim. divergenssi, roottori, Gaussin lause, Stokesin lause). Näitä tarvitaan kenttäteoriakurssissa Maxwellin yhtälöiden esittämiseen, mutta kenttäteoriakurssista selviää myös ilman Diff3-kurssia.
      • matematiikkaohjelmistoja; Matlab ja/tai Mathematica (esim. kurssi ELEC-C4140 Matematiikkaohjelmistot)
      • perusfysiikkaa; SI-yksiköt, voima, työ, potentiaali, energia, teho, energian säilymislaki, aaltoliike (esim. kurssi ELEC-A3110 Mekaniikka) 
      • sähköfysiikkaa; sähkömagneettiset kenttä- ja lähdesuureet, sähkövarauksen säilymislaki, Lorentzin voima, Coulombin laki, sähköinen potentiaali ja -energia, työ, magnetismi, Biot-Savartin laki, Ohmin laki, vastus ja resistanssi, integraalimuotoiset Maxwellin yhtälöt, Lenzin laki, aaltoyhtälö, sähkömagneettiset aallot ja valo, aaltojen heijastuminen ja taittuminen (esim. kurssi ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi), ja 
      • piirianalyysiä; piirisuureet, Ohmin laki, Kirchhoffin lait, vaihtovirtalaskenta ja siirtojohdot (esim. ELEC-C4110 Piirianalyysi I ja ELEC-C4120 Piirianalyysi II)

      Opiskelijan toimintaa kuvaavat osaamistavoitteet

      • Kenttäteoria-kurssin jälkeen opiskelija osaa selittää sähkö- ja magneettikenttäsuureet, sähkömagneettiset aallot, lähdesuureet ja väliaineparametrit sekä näiden väliset yhteydet differentiaalimuotoisten Maxwellin yhtälöiden, väliaineyhtälöiden, Ohmin lain ja Lorentzin voima yhtälön avulla.
      • Opiskelija osaa laskea sähkökentän voimakkuuden, sähkövuon tiheyden, sähkövirran voimakkuuden tiheyden, potentiaalin, voiman, tehdyn työn ja sähköisiä piirisuureita yksinkertaisissa taso-, sylinteri- ja pallosymmetrisissä geometrioissa Gaussin lain, Coulombin lain, Ohmin lain, Lorentzin voiman yhtälön, reunaehtojen ja/tai kuvalähdeperiaatteen avulla.
      • Opiskelija osaa selittää magneettikentän ja pyörrevirtojen syntymisen ja ratkaista magneettikentän voimakkuuden, magneettivuon tiheyden ja sähkövirran voimakkuuden tiheyden Amperen, Faradayn ja/tai Biot-Savartin lakien avulla.
      • Opiskelija osaa täydellisten Maxwellin yhtälöiden avulla selittää kenttäsuureiden ja lähteiden välisiä yhteyksiä, sähkömagneettisten aaltojen olemassaolon ja niiden ominaisuuksia, sekä selittää sähkömagneettisen induktion ja ratkaista induktiotehtäviä Faradayn lain avulla.
      • Opiskelija osaa mallintaa tasoaallot aikaharmonisilla kompleksivektoreilla ja ratkaista etenemis-, vaimenemis-, heijastus- ja läpäisytehtäviä erilaisissa polarisaatiotilanteissa aikaharmonisten Maxwellin yhtälöiden avulla.
      • Opiskelija osaa selittää sähkömagneettisten aaltojen syntymisen ja radioyhteyksiin vaikuttavia tekijöitä ja laskea yksinkertaisia antenneja kuvaavia perusparametreja sekä mitoittaa yksinkertaisia radioyhteyksiä.

      Lihavoidut verbit osoittavat, mitä aktiviteetteja opiskelijan odotetaan tekevän kurssin aikana ja osaavan kurssin jälkeen. Verbeistä voi myös huomata, että osaamistavoitteet sijoittuvat osaamistasoja kuvaavan Bloomin taksonomian tasoille ymmärtäminen (2/6, comprehension) ja soveltaminen (3/6, applying).


      Vastuuopettajat

      Ari Sihvola ja Jari Holopainen


      Tuntiopettajat syksyllä 2021

      Riku Kormilainen, Henna Nyblom ja Stefan Andersson ovat mukana lähilaskareissa, digiassarina on Miku Männistö


      Oppikirjat

      Kurssin oppikirjoina ovat Ismo Lindell - Ari Sihvola: Sähkömagneettinen kenttäteoria; 1. Staattiset kentät ja 2. Dynaamiset kentät (pääsääntöisesti kaikki painokset käyvät). Oheislukemistoksi ja itseopiskeluun Sähkömagneettisen kenttäteorian harjoituskirja. Oppikirjoja löytyy lainattavaksi kirjastosta, niitä voi ostaa esimerkiksi Adlibriksestä tai kurssin suorittaneilta vanhemmilta opiskelijoilta. Opiskelijoita suositellaan myös itsenäisesti etsimään oheisoppimateriaalia. Esimerkiksi lähes kaikki sähkömagneettisen kenttäteorian perusteokset käyvät oppimateriaaliksi.


      Laskennallainen työmäärä, yksittäisen opiskelijan työmäärä vaihtelee
      • Laskennallinen työmäärä perustuu opintopisteen määritelmään: 5 ECTS ↔ 5 x 27 tuntia = 135 tuntia. 135 tuntia / 14 viikkoa = 9,6 tuntia viikossa. Tämä ei ole mikään absoluuttinen työmäärää, vaan suuntaa-antava työmäärä, jonka opiskelija saattaa tarvita kurssin osaamistavoitteiden saavuttamiseen.
      • Työmäärässä on yksilöllistä vaihtelua. Jos esitietoissa ja -taidoissa on (merkittäviä) puutteita ja/tai arvosanatavoite on korkeampi kuin kolme, tällöin työmäärä voi tulla (huomattavastikin) suuremmaksi kuin 135 tuntia. Kannattaa kuitenkin muistaa, että liiallinen työskentely voi johtaa uupumiseen, joka ei edistä omaa hyvinvointia. Ole yhteydessä vastuuopettajiin mieluiten jo kurssin aikana, mikäli sinulla on suuria vaikeuksia kurssin suorittamisessa tai työmäärä nousee liian suureksi.

      Arviointi ja arvosanan määräytyminen
      Kurssilla käytetään jatkuvaa arviointia, koska sen todettu ohjaavan opiskelijan viikoittaista opiskelua ja siten edistävän oppimista. Arvosanaan vaikuttavat seuraavat arviointikohteet seuraavilla painoilla ja loppukokeen kynnysehdolla:
      • Viikoittaiset palautettavat laskuharjoitustehtävät 50 %
      • Välikoe 1. periodin arviointiviikolla 25 %
      • Loppukoe 2. periodin arviointiviikolla 25 %, läpipääsyn kynnysehto: loppukokeessa saatava vähintään 1/3 pisteistä
      • Kokonaispistemäärä (%) lasketaan kaavalla 50 %*(laskuharjoituspisteet/maksimipisteet) + 25 %*(välikoepisteet/maksimipisteet) + 25 %*(loppukoepisteet/maksimipisteet).
      • Alustava arvosana-asteikko: 90 % kokonaispisteistä ↔ arvosana 5 (erinomainen), 80 % ↔ 4 (erittäin hyvä), 70 % ↔ 3 (hyvä), 60 % ↔ 2 (tyydyttävä), 50 % ↔ 1 (välttävä), alle 50 % ↔ 0 (hylätty). Lisäksi läpipääsyssä on kynnysehto: loppukokeessa on saatava vähintään 1/3 pisteistä. Kynnysehto on käytössä siksi, että haluamme taata tietyn minimiosaamistason. Opettajat voivat tarvittaessa laskea arvosanarajoja.
      • Oppimisessa saa ja kannustetaankin tekemään yhteistyötä ja tehtävistä voi keskustella muiden kanssa. Tämä kurssi on yksilösuoritus, ja jokaisen opiskelijan tulee palauttaa vain itse tekemänsä tuotokset. Opiskelijoiden oletetaan tuntevan opiskelua koskevat eettiset säännöt. Vilpiksi katsotaan esimerkiksi "sääntöjen vastainen yhteistyö", jolla tarkoitetaan sitä, että yhteistyössä tehty työ saadaan näyttämään siltä, kuin se olisi tehty yksin tai ilman avustusta. Vilppitapaukset tutkii ja käsittelee opintoasioiden päällikkö ja opetuksesta vastaava varadekaani.


      Viestintä ja uutiset
      • Pääfoorumi tiedotukselle on MyCoursesin "Tiedotteet"-palsta kurssin etusivulla. Oodissa rekisteröityneet opiskelijat voivat tilata palstan kautta lähetetyt uutiset suoraan sähköpostiin. 
      • Pyydämme opiskelijoita osoittamaan kurssin liittyvät kysymyksyt oppitunneilla tai Zulip-keskustelualustalla. Tämä sen takia, että sama kysymys todennäköisesti kiinnostaa myös muita opiskelijoita. Myös muut opiskelijat voivat vastata kysymyksiin.
      • Harkintaa käyttäen, esimerkiksi henkilökohtaisia asioita voi kysyä vastuuopettajilta sähköpostilla. Tällöin pyydetään toimittamaan viesti samanaikaisesti molemmille vastuuopettajille.


    Next section ►
    Luennot