基礎電磁気学(Iエリア)

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現代社会において用いられている様々な技術の基盤をなす電磁気学の基礎概念を分かりやすく導入することをテーマとする。電荷、電界、電位、電流、磁界の間の関係を記述する法則の意味を正確に理解し、電磁気現象をイメージできるようになることを目標とする。

微分積分学や線形代数学などの数学科目

ベクトル解析、物理学概論など

テキスト: 特に指定しない
参考書・参考資料等:
渡辺征夫、青柳晃 電磁気学(工科の物理) 培風館
砂川重信 電磁気学 (改訂版)初めて学ぶ人のために 培風館
藤田広一 電磁気学ノート(改訂版)、コロナ社

電磁気学を理解するために必要なベクトル解析を導入することから出発し、静電界を記述する法則(クーロンの法則、ガウスの法則)や、電界と電位の関係、様々な静電現象を学習する。次に、定常電流の概念を導入し、それによって作られる静磁界を記述する法則(磁束密度に関するガウスの法則、ビオ・サバールの法則、アンペアの法則)を学ぶ。最後に、時間変化する電磁界をファラデーの電磁誘導の法則や変位電流の導入を通じて記述し、マクスウェルの法則を完成させる。
授業計画
第1回: 電磁気学を学ぶ意義、ベクトル解析1:表記法、和、内積、外積
第2回: ベクトル解析2:線積分、面積分
第3回: クーロンの法則、遠隔作用と近接作用、電界
第4回: ガウスの法則、ガウスの法則の応用
第5回: 電荷を運んだ時の仕事、電位、等電位面
第6回: 電位と電場の関係、電気双極子
第7回: 導体、静電誘導と静電遮蔽
第8回: 静電容量、静電エネルギー
第9回: 電流、電荷保存則、オームの法則
第10回: 磁気力、磁束密度、ビオ・サバールの法則
第11回: アンペアの力、ローレンツ力
第12回: 磁束密度に関するガウスの法則、アンペアの法則
第13回: ファラデーの電磁誘導の法則
第14回: 磁気エネルギー
第15回: 変位電流、マクスウェルの方程式

電磁気学は、ベクトル解析が手段になるので、それを良く復習しておいて欲しい。積み上げ型の授業になるので、意味が分からないままにしておくと、その先の理解が困難になるので、授業で行う演習問題をよく理解できるように復習をして欲しい。

(a) 成績評価方法:
期末試験の成績、講義時間中の小テストおよびレポート課題、中間テスト(行う場合)等の評価を総合して判定する。小テストおよびレポート課題、中間テストを行う場合は中間テストの成績等の評価点を30%、期末試験の評価点を70% とし、総合点の60% 以上を合格とする。追試験やレポート提出による単位認定は行わない。

(b) 評価基準:
以下の到達レベルをもって合格の最低基準とする。
1. 電界の概念、および電荷分布と電界の関係を理解し、クーロンの法則やガウスの法則(積分形)を用いて静電界を正しく求めることができる。
2. 電位と電界の関係を理解し、電気双極子によって作られる電界や、静電界中に置かれた導体近傍の電界をイメージすることができる。
3. 電荷の運動と電流の関係、および定常電流の性質、電荷保存則や一般化されたオームの法則を理解することができる。
4. 定常常流から、ビオ・サバールの法則、アンペールの法則(積分形)を用いて静磁界を計算することができる。
5. ファラデーの電磁誘導の法則、および変位電流の概念を理解し、時間変化する電磁界が相互作用する様子をイメージすることができる。

西2-727号室、月曜、5時限。この時間帯であっても、出張等で不在となる場合があるので、必ずメールや電話などによりアポイントメントを取ること。

繰り返しになるが、積み上げ型の授業なので、意味が分からないままにしておくと、その先の理解が困難になる。授業で行う演習問題をよく理解できるように復習をして欲しい。この理解に至れば、物理の本質に触れることができて、学問の面白さを体験できる。

「遠隔授業に関する情報」の部分をご確認ください。