電磁気学第一

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基礎電磁気学で学んだ内容を踏まえ、静電現象を中心とする電磁気現象についての広範な理論と、それらの工学的応用について系統的に学習する。微分形・積分形の双方で記述された電界に関する諸法則を、様々な座標系において活用する方法を学び、導体や誘電体を含む系における静電現象を解析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、基礎電磁気学

ベクトル解析、物理学概論など

テキスト: 渡辺征夫、青柳晃 電磁気学(工科の物理) 培風館
参考書・参考資料等:
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復習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、電界と電位の関係を学習する。それらに基づいて、導体や誘電体を含む系における幾つかの静電現象に関する詳しい解説を行う。また、ポアソン・ラプラス方程式に基づいた境界値問題や電気鏡像法による静電界の解析手法についても学習する。最後に、電流に関する諸法則(電荷の保存則、オームの法則、ジュールの法則)について学び、電磁気学第二において行われる磁界の概念の導入に繋げる。
授業計画
第1回: ベクトル解析1:ベクトルの積分
第2回: ベクトル解析2:勾配、発散、回転、ガウスの定理、ストークスの定理
第3回: ベクトル解析3:各座標系でのベクトル解析
第4回: クーロン力、クーロンの法則、電界
第5回: ガウスの法則とガウスの定理
第6回: 電荷を運んだ時の仕事、静電ポテンシャル
第7回: 静電界の境界値問題
第8回: 導体1:導体系の電界と電位
第9回: 導体2:コンデンサ、静電容量、電位係数など
第10回: 誘電体1:誘電分極、分極電荷
第11回: 誘電体2:誘電率、電束密度、電束密度に関するガウスの法則
第12回: 境界条件、電気鏡像法
第13回: 静電界のエネルギー
第14回: 電流1:電流, 電荷の保存則
第15回: 電流2:オームの法則とジュール熱

電磁気学は、ベクトル解析(勾配・回転・発散、ガウスの発散定理、ストークスの定理)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・微分形)を用いて、直角座標・円柱座標・球座標における静電界を正しく求めることができる。
2. 導体の性質を理解し、電位係数等を用いて導体系の解析をすることができる。
3. 誘電体の性質を理解し、誘電率や電束密度を用いて誘電体を含む系における静電現象を記述することができる。
4. 電位と電界の関係を理解し、ポアソン・ラプラス方程式の境界値問題の解析や電気鏡像法の適用を行うことができる。
5. 電荷の運動と電流の関係、および定常電流の性質を理解し、電荷保存則やオームの法則を微分形において記述することができる。また、ジュールの法則によってジュール熱を計算することができる。

西2-727号室、木曜、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。

○授業形態: 「対面授業」
○使用ツール: Google classroom

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