授業科目

電気磁気学演習
Exercise in Electromagnetics

担当者

教授   中山 明芳
前 火1
准教授 平岡 隆晴
前 火1
准教授 米田 征司
前 火1

単位

1

到達目標

電気磁気学演習では、電気磁気学についての演習をおこなう。本講義の到達目標は、受講生が以下のことができるようになることである。
 1.クーロンの法則に基づいて電界という概念を理解し、真空中の電荷による電界と電位が計算できる。
 2.導体の性質および電荷を蓄えるコンデンサの概念を理解し、導体系の蓄える電気エネルギーを計算できる。
 3.誘電体の性質を理解し、コンデンサへの応用、誘導体中のエネルギーや静電容量が計算できる。
 4.定常電流と静磁界に関する法則を理解し、電流が与えられたときに生じる磁界の磁束密度を計算できる。
 5.磁性体の性質を理解し、真空中の磁界を記述する方程式により、磁性体中の磁界の強さと磁束密度を求められる。
 6.自己誘導と相互誘導の概念を理解し、磁界のエネルギー、自己・相互インダクタンスが計算できる。
 7.時間的に変化する電界と磁界との相互関係と電磁波の伝搬を理解すること。

授業内容

「電気磁気学Ⅰ」および「電気磁気学Ⅱ」の講義の内容を復習し、演習問題を出来る限り数多く解き、理解する。
この演習を通して「電気磁気学Ⅰ」および「電気磁気学Ⅱ」の講義で修得した電気磁気学の知識をより確かなものにする。
電気磁気学の法則を工学的応用問題に活用できるようになること。

授業計画

演習内容とその比重は担当教員により若干前後する。具体的な予習復習内容は演習のときに指示される。下記教科書に準じて、演習内容を説明する。
(予習)「電気磁気学Ⅰ(Ⅱ)」で習った講義内容を復習しておく。
演習1)シラバス記載事項確認。真空中の点電荷間に働くクーロン力と電荷の保存則。
(復習1)クーロン力の計算。
演習2)真空中の静電界、具体的には、電界ベクトルの定義、点電荷が作る電界、電気力線、電荷を動かすのに要する仕事および電位の定義について学習する。
演習3)電気力線に関するガウスの定理、ベクトル演算(スカラー場の勾配=grad、ベクトル場の発散=div、ナブラの定義)、ラプラス方程式・ポアッソン方程式、静電界の計算例、電気双極子について学ぶ。
(復習2-3)真空中の静電界の計算。 特にガウスの定理による電界の求め方。
演習4)真空中にある導体系での電界分布及び電荷分布の一義性、重ねの理、電位係数/容量係数・誘導係数、導体に働く力、コンデンサの静電容量の計算例について学習する。
演習5)誘電体中の分極現象を学ぶ。分極ベクトル、電束密度ベクトル、分極電荷、誘電率、電界の蓄えるエネルギー、静電容量、電界中で誘導体に働く力について学習する。
(復習4-5)重ねの理と電位係数/容量係数・誘導係数の理解、静電容量の計算。
演習6)影像法について学ぶ。
(復習6))影像法により電界分布を簡単に求める。
演習7)電流について学ぶ。特に、オームの法則、抵抗率・誘電率、起電力、キルヒホッフの電圧・電流則、ジュール熱、電力について学習する。
(復習7)電荷保存の法則、抵抗、ジュール熱の計算。
演習8)真空中の磁界について学ぶ。磁束密度ベクトルB、ローレンツ力、ビオ・サバールの法則を使って電流が作る磁界を計算する。
演習9)アンペールの周回積分の法則について学習する。
演習10) 電流間に働く力、ベクトル場の回転=rot、ストークスの定理について学習する。
(復習8-10)線状電流等の作る磁界分布の計算 。
演習11) 磁性体の磁化現象、磁化の強さベクトルM、磁界の強さベクトルH、磁化電流モデル、透磁率。
演習12) 静電界と静磁界の類似性、磁界が蓄えるエネルギー、強磁性体、磁気回路と電気回路との類似性、永久磁石。
(復習11-12)磁気回路により磁界を求めること。
演習13) インダクタンス回路に鎖交する磁束、自己インダクタンスおよび相互インダクタンス。
(復習13)インダクタンスの計算。
演習14) 磁束密度が時間的に変化すると電界が発生すること。 マックスウェルの方程式 。全体のまとめ。
(復習14) ファラデーの電磁誘導の法則。 電磁波の伝搬の様子。

授業運営

「電気磁気学Ⅰ」をすでに受講し、「電気磁気学Ⅱ」を受講中もしくは受講済みであることを前提とする。
毎回演習問題を課すので、学生はその問題を解答し、提出もしくは板書し発表することになる。
必ず下記指定の教科書を購入し持参すること。遅刻および欠席は厳禁である。

評価方法

筆記試験50%、平常点(課題、レポート、小テスト)50%として最終評価し、60%以上を合格とする。

オフィスアワー

<中山明芳>講義開始前と終了後、講義室または研究室(23号館7階707号室)にて質問を受ける。
<平岡隆晴>講義終了後、講義室または研究室(23号館6階622号室)にて質問を受ける。
<米田征司>講義終了後、講義室または研究室(23号館6階630号室)にて質問を受ける。
 メールでの質問の他、在室中であれば質問・相談を受ける。

使用書

山田直平(原著)、桂井誠『電気磁気学』3版改訂[電気学会]2002

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