電磁気学および演習

特になし

電磁気学の基本となる諸現象と、そこから導かれる諸法則(ガウスの法則、アンペールの法則など)について学習する。基本的な電場や磁場の3次元空間分布をグラフ描画・数式計算できるように、各法則・空間微分・空間積分の適用方法を練習すること。コンデンサ・コイルに電磁場エネルギーが蓄えられることや、それらを表す静電容量やインダクタンスの導出法についても、現代科学技術にとって極めて重要である。本科目の大目標の1つは、終盤の、「マクスウェル方程式および電磁波」である。

ベクトル、微分積分学など

基礎物理学第二

教科書:
長岡洋介「物理学入門コース 電磁気学 I, II」(岩波書店)
参考書:
渡辺征夫・青柳晃、工科の物理:電磁気学、培風館
砂川重信、電磁気学 [改訂版]、培風館
前田和茂・小林俊雄、電磁気学、森北出版

現在体系化されている電磁気学の各項目について、その基本を説明し、物理現象が明らかとなるよう具体的な適用例を挙げながら解説をする。各授業においては理解を深めるよう問題演習も行う。

授業計画
前半(担当:岸本)
第1週:クーロンの法則、電荷の単位、ベクトル、スカラー積とベクトル積、遠隔作用と近接作用
第2週:静電場、電気力線、ガウスの法則
第3週:保存力、静電ポテンシャル、静電エネルギー、電気双極子
第4週:微分形のガウスの法則、微分形の渦なしの法則
第5週:ポアソンの方程式とその解、導体と静電場
第6週:境界値問題と鏡像法、コンデンサーとその静電容量、静電場のエネルギー
第7週:定常電流、オームの法則、抵抗
第8週:中間試験と解説

後半(担当:桂川)
第9週:静磁場中の定常電流・運動する荷電粒子に働く力、定常電流のつくる静磁場
第10週:磁気双極子モーメントとアンペールの法則
第11週:アンペールの法則とベクトルポテンシャル
第12週:電磁誘導の法則、静磁場のエネルギー、自己・相互インダクタンス
第13週:変位電流とマクスウェル方程式、電磁場のエネルギー、ポインティングベクトル
第14週:電磁波
第15週:物質中の電磁場
第16週:期末試験(試験期間中に実施予定)

電磁気学では、ベクトルおよび微分積分が手段となるので、それを良く復習・練習しておくこと。最初から最後まで『積み上げ型』の授業となるので、よくわからないまま放置していると、学習効率が悪すぎる。教科書の練習問題、演習授業で配布する演習問題を併せてよく練習し、ぜひ、体系的な理解を進めること。
電磁気学は、相対性理論や量子力学(光子・電子は波動かつ粒子)とも整合しており現代科学の根幹の1つであるとともに、その応用は現代社会の基盤技術として我々の生活に必要不可欠のものである。

前半と後半に各1回の試験および宿題等により評価する。評価合計点で60%以上が合格の基準となる。具体的には以下のいずれも満たしていることが合格基準である。
(1)電荷と静電場に関する諸概念を理解している
(2)導体における静電場の性質を理解している
(3)コンデンサーや定常電流の諸概念を理解している
以上、前半
(4)静磁場、ローレンツ力、電磁誘導に関する諸概念を理解している
(5)物資中の誘電分極および物質中の磁化と磁場の強さを理解している
(6)マクスウェル方程式と電磁波を理解している

(岸本、桂川)特に日時の指定はないが事前にメールで連絡ください

繰り返しになるが、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。理解が進むと、学問の面白さが実感できるようになる

なし