Suchergebnis: Katalogdaten im Herbstsemester 2021

Energy Science and Technology Master Information
Kernfächer
Mindestens je 2 Kernfächer pro Fachrichtung müssen erfolgreich abgelegt werden.
Die Teilnahme am Kurs des "Fächerübergreifenden Energiewesens" ist für alle Studierenden obligatorisch.
Electrical Power Engineering
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0122-00LIntroduction to Electric Power Transmission: System & TechnologyW4 KP2V + 2UC. Franck, G. Hug
KurzbeschreibungIntroduction to theory and technology of electric power transmission systems.
LernzielAt the end of this course, the student will be able to: describe the structure of electric power systems, name the most important components and describe what they are needed for, apply models for transformers and overhead power lines, explain the technology of transformers and lines, calculate stationary power flows and other basic parameters in simple power systems.
InhaltStructure of electric power systems, transformer and power line models, analysis of and power flow calculation in basic systems, technology and principle of electric power systems.
SkriptLecture script in English, exercises and sample solutions.
KompetenzenKompetenzen
Fachspezifische KompetenzenKonzepte und Theoriengeprüft
Verfahren und Technologiengeprüft
Methodenspezifische KompetenzenAnalytische Kompetenzengefördert
Entscheidungsfindunggefördert
Medien und digitale Technologiengefördert
Problemlösunggefördert
Projektmanagementgefördert
Soziale KompetenzenKommunikationgefördert
Kooperation und Teamarbeitgefördert
Kundenorientierunggefördert
Menschenführung und Verantwortunggefördert
Selbstdarstellung und soziale Einflussnahmegefördert
Sensibilität für Vielfalt gefördert
Verhandlunggefördert
Persönliche KompetenzenAnpassung und Flexibilitätgefördert
Kreatives Denkengefördert
Kritisches Denkengefördert
Integrität und Arbeitsethikgefördert
Selbstbewusstsein und Selbstreflexion gefördert
Selbststeuerung und Selbstmanagement gefördert
227-1635-00LElectric Circuits
Students without a background in Electrical Engineering must take "Electric Circuits" before taking "Introduction to Electric Power Transmission: System & Technology"
W4 KP3GM. Zima, D. Shchetinin
KurzbeschreibungIntroduction to analysis methods and network theorems to describe operation of electric circuits. Theoretical foundations are essential for the analysis of the electric power transmission and distribution grids as well as many modern technological devices – consumer electronics, control systems, computers and communications.
LernzielAt the end of this course, the student will be able to: understand variables in electric circuits, evaluate possible approaches and analyse simple electric circuits with RLC elements, apply circuit theorems to simple meshed circuits, analyze AC circuits in a steady state and understand the connection of the explained principles to the modelling of the 3-phase electric power systems.
InhaltCourse will introduce electric circuits variables, circuit elements (resistive, inductive, capacitive), resistive circuits and theorems (Kirchhoffs’ laws, Norton and Thevenin equivalents), nodal and mesh analysis, superposition principle; it will continue by discussing the complete response circuits (RLC), sinusoidal analysis – ac steady state (complex power, reactive, active power) and conclude with the introduction to 3-phase analysis;
Mathematical foundations of the circuit analysis, such as matrix operations and complex numbers will be briefly reviewed.
This course is targeting students who have no prior background in electrical engineering.
Skriptlecture and exercises slides will be distributed after each lecture via moodle platform; additional materials to be accessed online (wileyplus)
LiteraturRichard C. Dorf, James A. Svoboda
Introduction to Electric Circuits, 9th Edition
Online materials: https://www.wileyplus.com/
Lecture slides and exercises slides
Voraussetzungen / BesonderesThis course is intended for students outside of D-ITET. No prior course in electrical engineering is required
Energy Flows and Processes
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
151-0293-00LCombustion and Reactive Processes in Energy and Materials TechnologyW4 KP2V + 1U + 2AN. Noiray, F.  Ernst, C. E. Frouzakis
KurzbeschreibungThe students should become familiar with the fundamentals and with application examples of chemically reactive processes in energy conversion (combustion engines in particular) as well as the synthesis of new materials.
LernzielThe students should become familiar with the fundamentals and with application examples of chemically reactive processes in energy conversion (combustion engines in particular) as well as the synthesis of new materials. The lecture is part of the focus "Energy, Flows & Processes" on the Bachelor level and is recommended as a basis for a future Master in the area of energy. It is also a facultative lecture on Master level in Energy Science and Technology and Process Engineering.
InhaltReaction kinetics, fuel oxidation mechanisms, premixed and diffusion laminar flames, two-phase-flows, turbulence and turbulent combustion, pollutant formation, applications in combustion engines. Synthesis of materials in flame processes: particles, pigments and nanoparticles. Fundamentals of design and optimization of flame reactors, effect of reactant mixing on product characteristics. Tailoring of products made in flame spray pyrolysis.
SkriptNo script available. Instead, material will be provided in lecture slides and the following text book (which can be downloaded for free) will be followed:

J. Warnatz, U. Maas, R.W. Dibble, "Combustion:Physical and Chemical Fundamentals, Modeling and Simulation, Experiments, Pollutant Formation", Springer-Verlag, 1997.

Teaching language, assignments and lecture slides in English
LiteraturJ. Warnatz, U. Maas, R.W. Dibble, "Combustion:Physical and Chemical Fundamentals, Modeling and Simulation, Experiments, Pollutant Formation", Springer-Verlag, 1997.

I. Glassman, Combustion, 3rd edition, Academic Press, 1996.
151-1633-00LEnergy Conversion
This course is intended for students outside of D-MAVT.
W4 KP3GI. Karlin, G. Sansavini
KurzbeschreibungThis course provides the students with an introduction to thermodynamics and energy conversion. Students shall gain basic understanding of energy and energy interactions as well as their link to energy conversion technologies.
LernzielThermodynamics is key to understanding and use of energy conversion processes in Nature and technology. Main objective of this course is to give a compact introduction into basics of Thermodynamics: Thermodynamic states and thermodynamic processes; Work and Heat; First and Second Laws of Thermodynamics. Students shall learn how to use energy balance equation in the analysis of power cycles and shall be able to evaluate efficiency of internal combustion engines, gas turbines and steam power plants. The course shall extensively use thermodynamic charts to building up students’ intuition about opportunities and restrictions to increase useful work output of energy conversion. Thermodynamic functions such as entropy, enthalpy and free enthalpy shall be used to understand chemical and phase equilibrium. The course also gives introduction to refrigeration cycles, combustion and refrigeration. The course compactly covers the standard course of thermodynamics for engineers, with additional topics of a general physics interest (nonideal gas equation of state and Joule-Thomson effect) also included.
Inhalt1. Thermodynamic systems, states and state variables
2. Properties of substances: Water, air and ideal gas
3. Energy conservation in closed and open systems: work, internal energy, heat and enthalpy
4. Second law of thermodynamics and entropy
5. Energy analysis of steam power cycles
6. Energy analysis of gas power cycles
7. Refrigeration and heat pump cycles
8. Nonideal gas equation of state and Joule-Thomson effect
9. Maximal work and exergy
10. Mixtures
11. Chemical reactions and combustion systems; chemical and phase equilibrium
SkriptLecture slides and supplementary documentation will be available online.
LiteraturThermodynamics: An Engineering Approach, by Cengel, Y. A. and Boles, M. A., McGraw Hill
Voraussetzungen / BesonderesThis course is intended for students outside of D-MAVT.

Students are assumed to have an adequate background in calculus, physics, and engineering mechanics.
KompetenzenKompetenzen
Fachspezifische KompetenzenKonzepte und Theoriengeprüft
Verfahren und Technologiengeprüft
Methodenspezifische KompetenzenAnalytische Kompetenzengeprüft
Entscheidungsfindunggeprüft
Medien und digitale Technologiengefördert
Problemlösunggeprüft
Projektmanagementgefördert
Soziale KompetenzenKommunikationgefördert
Kooperation und Teamarbeitgefördert
Kundenorientierunggefördert
Menschenführung und Verantwortunggeprüft
Selbstdarstellung und soziale Einflussnahmegefördert
Sensibilität für Vielfalt gefördert
Verhandlunggefördert
Persönliche KompetenzenAnpassung und Flexibilitätgefördert
Kreatives Denkengeprüft
Kritisches Denkengeprüft
Integrität und Arbeitsethikgeprüft
Selbstbewusstsein und Selbstreflexion gefördert
Selbststeuerung und Selbstmanagement geprüft
Energy Economics and Policy
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
363-0503-00LPrinciples of Microeconomics
GESS (Science in Perspective): This lecture is for MSc students only. BSc students register for 363-1109-00L Einführung in die Mikroökonomie.
W3 KP2GM. Filippini
KurzbeschreibungThe course introduces basic principles, problems and approaches of microeconomics. This provides the students with reflective and contextual knowledge on how societies use scarce resources to produce goods and services and ensure a (fair) distribution.
LernzielThe learning objectives of the course are:

(1) Students must be able to discuss basic principles, problems and approaches in microeconomics. (2) Students can analyse and explain simple economic principles in a market using supply and demand graphs. (3) Students can contrast different market structures and describe firm and consumer behaviour. (4) Students can identify market failures such as externalities related to market activities and illustrate how these affect the economy as a whole. (5) Students can also recognize behavioural failures within a market and discuss basic concepts related to behavioural economics. (6) Students can apply simple mathematical concepts on economic problems.
InhaltThe resources on our planet are finite. The discipline of microeconomics therefore deals with the question of how society can use scarce resources to produce goods and services and ensure a (fair) distribution. In particular, microeconomics deals with the behaviour of consumers and firms in different market forms. Economic considerations and discussions are not part of classical engineering and science study programme. Thus, the goal of the lecture "Principles of Microeconomics" is to teach students how economic thinking and argumentation works. The course should help the students to look at the contents of their own studies from a different perspective and to be able to critically reflect on economic problems discussed in the society.

Topics covered by the course are:

- Supply and demand
- Consumer demand: neoclassical and behavioural perspective
- Cost of production: neoclassical and behavioural perspective
- Welfare economics, deadweight losses
- Governmental policies
- Market failures, common resources and public goods
- Public sector, tax system
- Market forms (competitive, monopolistic, monopolistic competitive, oligopolistic)
- International trade
SkriptLecture notes, exercises and reference material can be downloaded from Moodle.
LiteraturN. Gregory Mankiw and Mark P. Taylor (2020), "Economics", 5th edition, South-Western Cengage Learning.
The book can also be used for the course 'Principles of Macroeconomics' (Sturm)

For students taking only the course 'Principles of Microeconomics' there is a shorter version of the same book:
N. Gregory Mankiw and Mark P. Taylor (2020), "Microeconomics", 5th edition, South-Western Cengage Learning.

Complementary:
R. Pindyck and D. Rubinfeld (2018), "Microeconomics", 9th edition, Pearson Education.
Voraussetzungen / BesonderesGESS (Science in Perspective): This lecture is for MSc students only. BSc students register for 363-1109-00L Einführung in die Mikroökonomie.
KompetenzenKompetenzen
Fachspezifische KompetenzenKonzepte und Theoriengeprüft
Verfahren und Technologiengefördert
Methodenspezifische KompetenzenAnalytische Kompetenzengeprüft
Entscheidungsfindunggeprüft
Medien und digitale Technologiengefördert
Problemlösunggeprüft
Projektmanagementgefördert
Soziale KompetenzenKommunikationgefördert
Kooperation und Teamarbeitgefördert
Kundenorientierunggefördert
Menschenführung und Verantwortunggefördert
Selbstdarstellung und soziale Einflussnahmegeprüft
Sensibilität für Vielfalt gefördert
Verhandlunggefördert
Persönliche KompetenzenAnpassung und Flexibilitätgefördert
Kreatives Denkengefördert
Kritisches Denkengeprüft
Integrität und Arbeitsethikgefördert
Selbstbewusstsein und Selbstreflexion geprüft
Selbststeuerung und Selbstmanagement gefördert
Interdisciplinary Energy Management
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-1631-10LCase Studies: Energy Systems and Technology: Part 1 Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Only for Energy Science and Technology MSc.
O2 KP4GC. Franck, C. Schaffner
KurzbeschreibungThis course will allow the students to get an interdisciplinary overview of the “Energy” topic. It will explore the challenges to build a sustainable energy system for the future. This will be done through the means of case studies that the students have to work on. These case studies will be provided by industry partners.
LernzielThe students will understand the different aspects involved in designing solutions for a sustainable future energy system. They will have experience in collaborating in interdisciplinary teams. They will have an understanding on how industry is approaching new solutions.
SkriptDescriptions of case studies.
KompetenzenKompetenzen
Fachspezifische KompetenzenKonzepte und Theoriengeprüft
Verfahren und Technologiengefördert
Methodenspezifische KompetenzenAnalytische Kompetenzengeprüft
Entscheidungsfindunggeprüft
Medien und digitale Technologiengefördert
Problemlösunggeprüft
Projektmanagementgeprüft
Soziale KompetenzenKommunikationgeprüft
Kooperation und Teamarbeitgeprüft
Kundenorientierunggeprüft
Menschenführung und Verantwortunggefördert
Selbstdarstellung und soziale Einflussnahmegefördert
Sensibilität für Vielfalt geprüft
Verhandlunggeprüft
Persönliche KompetenzenAnpassung und Flexibilitätgeprüft
Kreatives Denkengeprüft
Kritisches Denkengeprüft
Integrität und Arbeitsethikgeprüft
Selbstbewusstsein und Selbstreflexion geprüft
Selbststeuerung und Selbstmanagement geprüft
Industriepraktikum
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-1650-10LInternship in Industry Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Only for Energy Science and Technology MSc.
O12 KPexterne Veranstalter
KurzbeschreibungEs ist das Ziel der 12-wöchigen Praxis, Master-Studierenden die industriellen Arbeitsumgebungen näher zu bringen. Während dieser Zeit bietet sich ihnen die Gelegenheit, in aktuelle Projekte der Gastinstitution involviert zu werden.
Lernziel
Studienarbeit
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-1101-00LHow to Write Scientific Texts
Strongly recommended prerequisite for Semester Projects and Master Theses at D-ITET (MSc BME, MSc EEIT, MSc EST).
E-0 KPU. Koch
KurzbeschreibungThe 4 hour lecture covers the basics of writing & presenting a scientific text. The focus will be on the structure and elements of a scientific text and not on the language. Citation rules, good practice of scientific writing and an overview on software tools will be part of the training.
The lecture will be thought on two afternoons. Some exercises will be built into the lecture.
LernzielKnowledge on structure and content of a scientific text. The course further is arranged to stimulate a discussion on how to properly write a legible scientific text versus writing an interesting novel. We will further discuss the practice of properly citing and critically reflect on recent plagiarism allegations.
Inhalt* Topic 1: Structure of a Scientific Text (The Title, the author list, the abstract, State-of-the Art, the "in this paper" paragraph, the scientific part, the summary, Equations, Figures).

* Topic 2: Power Point Presentations.

* Topic 3: Citation Rules and Citation Software.

* Topic 4: Guidelines for Research Integrity.
LiteraturETH "Citation Etiquette", see www.plagiate.ethz.ch.

ETH Guidlines on "Guidelines for Research Integrity", see www.ee.ethz.ch > Education > > Contacts, links & documents > Forms and documents > Brochures / guides.
Voraussetzungen / BesonderesStudents should already have a Bachelor degree and plan to do either a semester project or a master thesis in the immediate future.
227-1671-10LSemester ProjectO12 KP20ABetreuer/innen
KurzbeschreibungThe semester project is designed to train the students in solving specific problems from the field of Energy Science & Technology. This project uses the technical and social skills acquired during the master's program. The semester project ist advised by a professor and must be approved in advance by the tutor.
Lernzielsee above
Wahlfächer
Diese Kurse sind besonders empfohlen, andere ETH-Kurse aus dem Feld Energy Science and Technology im weiteren Sinne können in Absprache mit dem Tutor gewählt werden.
Electrical Power Engineering
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0113-00LLeistungselektronik Information W6 KP4GJ. W. Kolar
KurzbeschreibungEinsatzbereiche leistungselektronischer Konverter; Grundkonzept leistungselektronischer Spannungs- und Stromkonversion; Ableitung von DC/DC- (mit und ohne Potentialtrennung), AC/DC-, DC/AC- Konverterstrukturen; Methodik der Analyse sowie Analyse und Berechnung der Funktion; Betriebsverhalten und Betriebsbereich, Dimensionierungskriterien und Dimensionierung der Hauptkomponenten.
LernzielVerständnis des Grundkonzeptes leistungselektronischer Spannungs- und Stromkonversion, der Ableitung von DC/DC- (mit und ohne Potentialtrennung), AC/DC-, DC/AC- Konverterstrukturen, der Methodik der Analyse und der Berechnung der Funktion leistungselektronischer Konverter, des Betriebsbereiches, und der Dimensionierungskriterien und der Dimensionierung der Hauptkomponenten.
InhaltEinsatzbereiche und Anwendungsbeispiele leistungselektronischer Konverter;
Grundkonzept leistungselektronischer Spannungs- und Stromkonversion, Pulsbreitenmodulation, Ableitung der Schaltungsstrukturen; DC/DC Konverter / Tiefsetzsteller, Hochsetzsteller, Hoch-Tiefsetzsteller mit kontinuierlicher und diskontinuierlicher Stromführung, Erweiterung auf DC/AC Konversion basierend auf der Erzeugung von AC Spannungen durch zeitliche Änderung der Differenz unipolarer Ausgangsgleichspannungen; Einphasen-Diodenbrückenschaltung; Aktiver Hochsetz-Einphasengleichrichter mit Sinuseingangsstrom, Toleranzbandstromregelung und kaskadierte Ausgangsspannungs- und unterlagerte Stromregelung mit konstanter Schaltfrequenz, lokale und globale Mittelung pulsfrequent diskontinuierlicher Grössen zur Berechnung der Beanspruchung von Leistungskomponenten; Dreiphasen-AC/DC-Konversion, Diodengleichrichter-Mittelpunktsschaltung mit eingeprägtem Ausgangsstrom, Thyristorfunktion, Tyristorstromrichter (Mittelpunkts- und Vollbrückenschaltung), Zündwinkel, Gleich- und Wechselrichterbetrieb, Kippgrenze; Induktivitäten und Einphasentransformatoren, Wachstumsgesetze und Dimensionierung; Potentialgetrennte DC/DC Konverter, Sperrwandler und Durchflusswandler, Einschalter- und Zweischalterausführung; Einphasen DC/AC Konversion, Vierquadrantensteller, unipolare und bipolare Modulation, Grundschwingungsmodell des Netzverhaltens; Dreiphasen DC/AC Konverter mit Last in Dreiphasen-Sternschaltung, Nullspannungsanteil und strombildender Ausgangsspannungsanteil, Grundfrequenztaktung und Pulsbreitenmodulation mit gemeinsamem Dreieckträgersignal und phasenbezogenen Trägersignalen.
SkriptSkript und Simulationsprogramm für interaktives Lernen und Visualisierung, Uebungen mit Musterlösungen
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen: Grundkenntnisse der Elektrotechnik / Schaltungsanalyse und Signaltheorie.
KompetenzenKompetenzen
Fachspezifische KompetenzenKonzepte und Theoriengeprüft
Verfahren und Technologiengefördert
Methodenspezifische KompetenzenAnalytische Kompetenzengeprüft
Entscheidungsfindunggefördert
Medien und digitale Technologiengefördert
Problemlösunggeprüft
Projektmanagementgefördert
Soziale KompetenzenKommunikationgefördert
Kooperation und Teamarbeitgefördert
Kundenorientierunggefördert
Menschenführung und Verantwortunggefördert
Selbstdarstellung und soziale Einflussnahmegefördert
Sensibilität für Vielfalt gefördert
Verhandlunggefördert
Persönliche KompetenzenAnpassung und Flexibilitätgefördert
Kreatives Denkengefördert
Kritisches Denkengefördert
Integrität und Arbeitsethikgefördert
Selbstbewusstsein und Selbstreflexion gefördert
Selbststeuerung und Selbstmanagement gefördert
227-0117-00LHigh Voltage EngineeringW6 KP4GC. Franck, U. Straumann
KurzbeschreibungHigh electric fields are used in numerous technological and industrial applications such as electric power transmission and distribution, X-ray devices, DNA sequencers, flue gas cleaning, power electronics, lasers, particle accelerators, copying machines, .... High Voltage Engineering is the art of gaining technological control of high electrical field strengths and high voltages.
LernzielThe students know the fundamental phenomena and principles associated with the occurrence of high electric field strengths. They understand the different mechanisms leading to the failure of insulation systems and are able to apply failure criteria on the dimensioning of high voltage components. They have the ability to identify of weak spots in insulation systems and to propose options for improvement. Further, they know the different insulation systems and their dimensioning in practice.
Inhalt- discussion of the field equations relevant for high voltage engineering.
- analytical and numerical solutions/solving of this equations, as well as the derivation of the important equivalent circuits for the description of the fields and losses in insulations
- introduction to kinetic gas theory
- mechanisms of the breakdown in gaseous, liquid and solid insulations, as well as insulation systems
- methods for the mathematical determination of the electric withstand of gaseous, liquid and solid insulations
- application of the expertise on high voltage components
- excursions to manufacturers of high voltage components
SkriptLecture Slides
LiteraturA. Küchler, High Voltage Engineering: Fundamentals – Technology – Applications, Springer Berlin, 2018 (ISBN 978-3-642-11992-7)
KompetenzenKompetenzen
Fachspezifische KompetenzenKonzepte und Theoriengeprüft
Verfahren und Technologiengeprüft
Methodenspezifische KompetenzenAnalytische Kompetenzengefördert
Entscheidungsfindunggefördert
Medien und digitale Technologiengefördert
Problemlösunggefördert
Projektmanagementgefördert
Soziale KompetenzenKommunikationgefördert
Kooperation und Teamarbeitgefördert
Kundenorientierunggefördert
Menschenführung und Verantwortunggefördert
Selbstdarstellung und soziale Einflussnahmegefördert
Sensibilität für Vielfalt gefördert
Verhandlunggefördert
Persönliche KompetenzenAnpassung und Flexibilitätgefördert
Kreatives Denkengefördert
Kritisches Denkengefördert
Integrität und Arbeitsethikgefördert
Selbstbewusstsein und Selbstreflexion gefördert
Selbststeuerung und Selbstmanagement gefördert
227-0247-00LPower Electronic Systems I Information W6 KP4GJ. Biela, F. Krismer
KurzbeschreibungBasics of the switching behavior, gate drive and snubber circuits of power semiconductors are discussed. Soft-switching and resonant DC/DC converters are analyzed in detail and high frequency loss mechanisms of magnetic components are explained. Space vector modulation of three-phase inverters is introduced and the main power components are designed for typical industry applications.
LernzielDetailed understanding of the principle of operation and modulation of advanced power electronics converter systems, especially of zero voltage switching and zero current switching non-isolated and isolated DC/DC converter systems and three-phase voltage DC link inverter systems. Furthermore, the course should convey knowledge on the switching frequency related losses of power semiconductors and inductive power components and introduce the concept of space vector calculus which provides a basis for the comprehensive discussion of three-phase PWM converters systems in the lecture Power Electronic Systems II.
InhaltBasics of the switching behavior and gate drive circuits of power semiconductor devices and auxiliary circuits for minimizing the switching losses are explained. Furthermore, zero voltage switching, zero current switching, and resonant DC/DC converters are discussed in detail; the operating behavior of isolated full-bridge DC/DC converters is detailed for different secondary side rectifier topologies; high frequency loss mechanisms of magnetic components of converter circuits are explained and approximate calculation methods are presented; the concept of space vector calculus for analyzing three-phase systems is introduced; finally, phase-oriented and space vector modulation of three-phase inverter systems are discussed related to voltage DC link inverter systems and the design of the main power components based on analytical calculations is explained.
SkriptLecture notes and associated exercises including correct answers.
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites: Introductory course on power electronics.
227-0311-00LQubits, Electrons, PhotonsW6 KP3V + 2UT. Zambelli
KurzbeschreibungIn-depth analysis of the quantum mechanics origin of nuclear magnetic resonance (qubits, two-level systems), of LASER (quantization of the electromagnetic field, photons), and of electron transfer (from electrochemistry to photosynthesis).
LernzielBeside electronics nanodevices, D-ITET is pushing its research in the fields of NMR (MRI), electrochemistry, bioelectronics, nano-optics, and quantum information, which are all rationalized in terms of quantum mechanics.

Starting from the axioms of quantum mechanics, we will derive the fascinating theory describing spin and qubits, electron transitions and transfer, photons and LASER: quantum mechanics is different because it mocks our daily Euclidean intuition!

In this way, students will work out a robust quantum mechanics (theoretical!) basis which will help them in their advanced studies of the following masters: EEIT (batteries), Biomedical Engineering (NMR, bioelectronics), Quantum Engineering, Micro- and Nanosystems.
Inhalt• Lagrangian and Hamiltonian: Symmetries and Poisson Brackets
• Postulates of QM: Hilbert Spaces and Operators
• Heisenberg’s Matrix Mechanics: Hamiltonian and Time Evolution Operator
• Spin: Qubits, Bloch Equations, and NMR
• Entanglement
• Symmetries and Corresponding Operators
• Schrödinger's Wave Mechanics: Electrons in a Periodic Potential and Energy Bands
• Harmonic Oscillator: Creation and Annihilation Operators
• Identical Particles: Bosons and Fermions
• Quantization of the Electromagnetic Field: Photons, Absorption and Emission, LASER
• Electron Transfer: Marcus Theory via Born-Oppenheimer, Franck-Condon, Landau-Zener
SkriptNo lecture notes because the proposed textbooks together with the provided supplementary material are more than exhaustive!

!!!!! I am using OneNote. All lectures and exercises will be broadcast via ZOOM and correspondingly recorded (link in Moodle) !!!!!
Literatur• J.S. Townsend, "A Modern Approach to Quantum Mechanics", Second Edition, 2012, University Science Books

• M. Le Bellac, "Quantum Physics", 2011, Cambridge University Press

• (Lagrangian and Hamiltonian) L. Susskind, G. Hrabovsky, "Theoretical Minimum: What You Need to Know to Start Doing Physics", 2014, Hachette Book Group USA

Supplementary material will be uploaded in Moodle.

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+ (as rigorous and profound presentation of the mathematical framework) G. Dell'Antonio, "Lectures on the Mathematics of Quantum Mechanics I", 2015, Springer

+ (as account of those formidable years) G. Gamow, "Thirty Years that Shook Physics", 1985, Dover Publications Inc.
Voraussetzungen / BesonderesThe course has been intentionally conceived to be self-consistent with respect to QM for those master students not having encountered it in their track yet. Therefore, a presumably large overlapping has to be expected with a (welcome!) QM introduction course like the D-ITET "Physics II".

A solid base of Analysis I & II as well as of Linear Algebra is really helpful.

IMPORTANT: Wed 22.9, 29.9, and 22.12 are lectures (NOT exercises!). Please, look at the details in moodle!
KompetenzenKompetenzen
Fachspezifische KompetenzenKonzepte und Theoriengeprüft
Verfahren und Technologiengefördert
Methodenspezifische KompetenzenAnalytische Kompetenzengeprüft
Entscheidungsfindunggeprüft
Medien und digitale Technologiengefördert
Problemlösunggeprüft
Projektmanagementgeprüft
Soziale KompetenzenKommunikationgefördert
Kooperation und Teamarbeitgefördert
Kundenorientierunggefördert
Menschenführung und Verantwortunggefördert
Selbstdarstellung und soziale Einflussnahmegefördert
Sensibilität für Vielfalt geprüft
Verhandlunggefördert
Persönliche KompetenzenAnpassung und Flexibilitätgeprüft
Kreatives Denkengeprüft
Kritisches Denkengeprüft
Integrität und Arbeitsethikgeprüft
Selbstbewusstsein und Selbstreflexion geprüft
Selbststeuerung und Selbstmanagement geprüft
227-0523-00LEisenbahn-Systemtechnik IW6 KP4GM. Meyer
KurzbeschreibungGrundlagen der Eisenbahnfahrzeuge und ihr Zusammenspiel mit der Bahninfrastruktur:
- Zugförderungsaufgaben und Fahrzeugarten
- Fahrdynamik
- Mechanischer Aufbau der Eisenbahnfahrzeuge
- Bremssysteme
- Antriebsstrang und Hilfsbetriebeversorgung
- Bahnstromversorgung
- Sicherungsanlagen
- Normen
- Verfügbarkeit und Sicherheit
- Betriebsleitung und Instandhaltung
Lernziel- Überblick über die technischen Eigenschaften von Eisenbahnsystemen
- Kenntnisse über den Aufbau der Eisenbahnfahrzeuge
- Verständnis für die Abhängigkeiten verschiedenster Ingenieur-Disziplinen in einem vielfältigen System (Mechanik, Elektro- und Informationstechnik, Verkehrstechnik)
- Verständnis für die Aufgaben und Möglichkeiten eines Ingenieurs in einem stark von wirtschaftlichen und politischen Randbedingungen geprägten Umfeld
- Einblick in die Aktivitäten der Schienenfahrzeug-Industrie und der Bahnen in der Schweiz
- Begeisterung des Ingenieurnachwuchses für die berufliche Tätigkeit im Bereich Schienenverker und Schienenfahrzeuge
InhaltEST I (Herbstsemester) - Begriffen, Grundlagen, Merkmale

1 Einführung:
1.1 Geschichte und Struktur des Bahnsystems
1.2 Fahrdynamik

2 Vollbahnfahrzeuge:
2.3 Mechanik: Kasten, Drehgestelle, Lauftechnik, Adhäsion
2.2 Bremsen
2.3 Traktionsantriebssysteme
2.4 Hilfsbetriebe und Komfortanlagen
2.5 Steuerung und Regelung

3 Infrastruktur:
3.1 Fahrweg
3.2 Bahnstromversorgung
3.3 Sicherungsanlagen

4 Betrieb:
4.1 Interoperabilität, Normen und Zulassung
4.2 RAMS, LCC
4.3 Anwendungsbeispiele

Voraussichtlich ein oder zwei Gastreferate

Geplante Exkursionen:
Betriebszentrale SBB, Zürich Flughafen
Reparatur und Unterhalt, SBB Zürich Altstetten
Fahrzeugfertigung, Stadler Bussnang
SkriptAbgabe der Unterlagen (gegen eine Schutzgebühr) zu Beginn des Semesters. Rechtzeitig eingschriebene Teilnehmer können die Unterlagen auf Wunsch und gegen eine Zusatzgebühr auch in Farbe beziehen.
Voraussetzungen / BesonderesDozent:
Dr. Markus Meyer, Emkamatik GmbH

Voraussichtlich ein oder zwei Gastvorträge von anderen Referenten.

EST I (Herbstsemester) kann als in sich geschlossene einsemestrige Vorlesung besucht werden. EST II (Frühjahrssemester) dient der weiteren Vertiefung der Fahrzeugtechnik und der Integration in die Bahninfrastruktur.
KompetenzenKompetenzen
Fachspezifische KompetenzenKonzepte und Theoriengeprüft
Verfahren und Technologiengeprüft
Methodenspezifische KompetenzenAnalytische Kompetenzengeprüft
Persönliche KompetenzenKritisches Denkengeprüft
227-0526-00LPower System AnalysisW6 KP4GG. Hug
KurzbeschreibungZiel dieser Vorlesung ist das Verständnis der stationären und dynamischen, bei der elektrischen Energieübertragung auftretenden Vorgänge. Die Herleitung der stationären Modelle der Komponenten des elektrischen Netzes, die Aufstellung der mathematischen Gleichungssysteme, deren spezielle Charakteristiken und Lösungsmethoden stehen im Vordergrund.
LernzielZiel dieser Vorlesung ist das Verständnis der stationären und dynamischen, bei der elektrischen Energieübertragung auftretenden Vorgänge und die Anwendung von Analysemethoden in stationären und dynamischen Zuständen des elektrischen Netzes.
InhaltDer Kurs beinhaltet die Herleitung von stationären und dynamischen Modellen des elektrischen Netzwerks, deren mathematische Darstellungen und spezielle Charakteristiken sowie Lösungsmethoden für die Behandlung von grossen linearen und nichtlinearen Gleichungssystemen im Zusammenhang mit dem elektrischen Netz. Ansätze wie der Netwon-Raphson Algorithmus angewendet auf die Lastflussgleichungen, Superpositions Prinzip für Kurzschlussberechnung, Methoden für Stabilitätsanalysen und Lastflussberechnungsmethoden für das Verteilnetz werden präsentiert.
SkriptVorlesungsskript.
227-0531-00LControl of Power-Electronics-Dominated Power SystemsW3 KP2V + 2UE. Prieto Araujo
KurzbeschreibungThe penetration of renewable energy, storage systems, EVs and DC systems in combination with the phase-out of synchronous generation, is leading to a power electronics (PE)-dominated power system, implying relevant challenges at network operation and control levels. The course covers modeling, analysis and control design aspects for future PE-dominated networks.
LernzielThe course objectives are:
- Understand the fundamentals of PE-dominated power systems
- Learn how to model, analyze and control grid-connected power converters
- Apply the acquired modelling, analysis and control design techniques to real application power converters
- Acquire techniques to assess the impact of PE devices within the power network.
InhaltThe course covers the following topics:

- Future PE-dominated power systems. Main applications and challenges.
- Voltage source converter review. Different structures 2L, 3L, Modular Multilevel Converters (MMC).
- 2L/3L VSCs: Main control blocks. Usual transformations.
- Grid forming converters. Concept definition and main structures. Different control options.
- MMC Applications. Control design and implementation.
- PE-dominated system stability and interaction analysis. Linearization of converter and power system dynamics. Eigenvalue analysis. Participation factors.
- Trends in research/industry. New controllers. New interaction analysis methods.
SkriptLecture notes will be provided in class.
LiteraturSpecific literature will be provided with the lecture notes.
Voraussetzungen / BesonderesBasic knowledge on power electronics, power systems and control systems. Basic Matlab skills as well as sufficient mathematical maturity.
KompetenzenKompetenzen
Fachspezifische KompetenzenKonzepte und Theoriengeprüft
Verfahren und Technologiengeprüft
Methodenspezifische KompetenzenAnalytische Kompetenzengeprüft
Medien und digitale Technologiengeprüft
Problemlösunggeprüft
Soziale KompetenzenKooperation und Teamarbeitgeprüft
Menschenführung und Verantwortunggefördert
Persönliche KompetenzenAnpassung und Flexibilitätgeprüft
Kritisches Denkengeprüft
Selbststeuerung und Selbstmanagement geprüft
227-0536-00LMultiphysics Simulations for Power Systems Information
This course is defined so and planned to be an addition to the module "227-0537-00L Technology of Electric Power System Components".
However, the students who are familiar with the fundamentals of electromagnetic fields could attend only this course without its 227-0537-00-complement.
W4 KP2V + 2UJ. Smajic
KurzbeschreibungThe goals of this course are a) understanding the fundamentals of the electromagnetic, thermal, mechanical, and coupled field simulations and b) performing effective simulations of primary equipment of electric power systems. The course is understood complementary to 227-0537-00L "Technology of Electric Power System Components", but can also be taken separately.
LernzielThe student should learn the fundamentals of the electromagnetic, thermal, mechanical, and coupled fields simulations necessary for modern product development and research based on virtual prototyping. She / he should also learn the theoretical background of the finite element method (FEM) and its application to low- and high-frequency electromagnetic field simulation problems. The practical exercises of the course should be done by using one of the commercially available field simulation software (Infolytica, ANSYS, and / or COMSOL). After completing the course the student should be able to properly and efficiently use the software to simulate practical design problems and to understand and interpret the obtained results.
Inhalt1. Elektromagnetic Fields and Waves: Simulation Aspects (1 lecture, 2 hours)
a. Short review of the governing equations
b. Boundary conditions
c. Initial conditions
d. Linear and nonlinear material properties
e. Coupled fields (electro-mechanical and electro-thermal coupling)

2. Finite Element Method for elektromagnetic simulations (5 lectures and 3 exercises, 16 hours)
a. Scalar-FEM in 2-D (electrostatic, magnetostatic, eddy-currents, etc.)
b. Vector-FEM in 3-D (3-D eddy-currents, wave propagation, etc.)
c. Numerical aspects of the analysis (convergence, linear solvers, preconditioning, mesh quality, etc.)
d. Matlab code for 2-D FEM for learning and experimenting

3. Practical applications (5 lectures and 5 exercises, 20 hours)
a. Dielectric analysis of high-voltage equipment
b. Nonlinear quasi-electrostatic analysis of surge arresters
c. Eddy-currents analysis of power transformers
d. Electromagnetic analysis of electric machines
e. Very fast transients in gas insulated switchgears (GIS)
f. Electromagnetic compatibility (EMC)
227-0731-00LPower Market I - Portfolio and Risk ManagementW6 KP4GD. Reichelt, G. A. Koeppel
KurzbeschreibungPortfolio und Risiko Management für Energieversorgungsunternehmen, Europäischer Strommarkt und -handel, Terminkontrakte, Preisabsicherung, Optionen und Derivate, Kennzahlen für das Risikomanagement, finanztechnische Modellierung von Kraftwerken, grenzüberschreitender Stromhandel, Systemdienstleistungen, Regelenergiemarkt, Bilanzgruppenmodell.
LernzielErwerb von umfassenden Kenntnissen über die weltweite Liberalisierung der Strommärkte, den internationalen Stromhandel sowie die Funktion von Strombörsen. Verstehen der Finanzprodukte (Derivate) basierend auf dem Strompreis. Abbilden des Portfolios aus physischer Produktion, Verträgen und Finanzprodukten. Beurteilen von Strategien zur Absicherung des Marktpreisrisikos. Beherrschen der Methoden und Werkzeuge des Risiko Managements.
Inhalt1. Europäischer Strommarkt und –handel
1.1. Einführung Stromhandel
1.2. Entwicklung des Marktes
1.3. Energiewirtschaft
1.4. Spothandel und OTC-Handel
1.5. Strombörse EEX

2. Marktmodell
2.1. Marktplatz und Organisation
2.2. Bilanzgruppenmodell / Ausgleichsenergie
2.3. Systemdienstleistungen
2.4. Regelenergiemarkt
2.5. Grenzüberschreitender Handel
2.6. Kapazitätsauktionen

3. Portfolio und Risiko Management
3.1. Portfoliomanagement 1 (Einführung)
3.2. Terminkontrakte (EEX Futures)
3.3. Risk Management 1 (m2m, VaR, hpfc, Volatilität, cVaR)
3.4. Risk Management 2 (PaR)
3.5. Vertragsbewertung (HPFC)
3.6. Portfoliomanagement 2
3.7. Risk Management 3 (Energiegeschäft)

4. Energie & Finance I
4.1. Optionen 1 – Grundlagen
4.2. Optionen 2 – Absicherungsstrategien
4.3. Einführung Derivate (Swaps, Cap, Floor, Collar)
4.4. Finanztechnische Modellierung von Kraftwerken
4.5. Wasserkraft und Handel
4.6. Anreizregulierung
SkriptHandouts mit den Folien der Vorlesung
Voraussetzungen / Besonderes1 Exkursion pro Semester, 2 Case Studies, externe Referaten für ausgewählte Themen.
Kurs Moodle: https://moodle-app2.let.ethz.ch/enrol/index.php?id=11636
227-0615-00LSimulation of Photovoltaic Devices - From Materials to Modules Information W3 KP2GU. Aeberhard
KurzbeschreibungThe lecture provides an introduction to the theoretical foundations and numerical approaches for the simulation of photovoltaic energy conversion, from the microscopic description of component materials to macroscopic continuum modelling of solar cells and network simulation or effective models for performance prediction of entire solar modules and large scale photovoltaic systems.
LernzielGet an overview over the current status of photovoltaic technology. Understand the physics of photovoltaic energy conversion and solar cell device operation. Know how to obtain and assess by simulation the key material properties and device parameters. Be able to use standard device simulation tools to predict the performance of solar cells and modules.
InhaltPhotovoltaic technology: history and overview; The solar spectrum; Thermodynamics of solar energy conversion; Detailed balance models and efficiency limit; Microscopic rates of charge carrier generation and recombination; Optical simulation of solar cells; Models for charge transport in semiconductor devices; High-efficiency wafer-based (silicon) photovoltaics; Thin film photovoltaics based on disordered materials (amorphous silicon, organic PV); High-efficiency thin film photovoltaics (CIGS, CdTe, metal-halide perovskites); PV beyond the single junction detailed balance (Shockley-Queisser) limit; Simulation of photovoltaic modules; Energy yield and performance modelling for PV systems; Quantum simulation of nanostructure-based solar cell devices (bonus lecture)
Voraussetzungen / BesonderesUndergraduate physics, mathematics, semiconductor devices
KompetenzenKompetenzen
Fachspezifische KompetenzenKonzepte und Theoriengeprüft
Verfahren und Technologiengeprüft
Methodenspezifische KompetenzenAnalytische Kompetenzengeprüft
Entscheidungsfindunggefördert
Medien und digitale Technologiengefördert
Problemlösunggeprüft
Projektmanagementgefördert
Soziale KompetenzenKommunikationgefördert
Kooperation und Teamarbeitgefördert
Kundenorientierunggefördert
Menschenführung und Verantwortunggefördert
Selbstdarstellung und soziale Einflussnahmegefördert
Sensibilität für Vielfalt gefördert
Verhandlunggefördert
Persönliche KompetenzenAnpassung und Flexibilitätgefördert
Kreatives Denkengeprüft
Kritisches Denkengeprüft
Integrität und Arbeitsethikgefördert
Selbstbewusstsein und Selbstreflexion gefördert
Selbststeuerung und Selbstmanagement gefördert
227-0617-00LSolar CellsW4 KP3GA. N. Tiwari, R. Carron, Y. Romanyuk
KurzbeschreibungPhysics, technology, characteristics and applications of photovoltaic solar cells.
LernzielIntroduction to solar radiation, physics, technology, characteristics and applications of photovoltaic solar cells and systems.
InhaltSolar radiation characteristics, physical mechanisms for the light to electrical power conversion, properties of semiconductors for solar cells, processing and properties of conventional Si and GaAs based solar cells, technology and physics of thin film solar cells based on compound semiconductors, other solar cells including organic and dye sensitized cells, problems and new developments for power generation in space, interconnection of cells and solar module design, measurement techniques, system design of photovoltaic plants, system components such as inverters and controllers, engineering procedures with software domonstration, integration in buildings and other specific examples.
SkriptLecture reprints (in english).
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites: Basic knowledge of semiconductor properties.
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