授業科目

電磁気学
Electromagnetism 

担当者

教授   木村 敬
後 木3

単位

2

到達目標

本講義の目的は、受講者が物理の基本的な項目の一つである電磁気学のうち、電場に関して学ぶことである。

授業内容

この講義では、下記の使用書に沿って、静電場の基礎について学ぶ。

授業計画

予習としては各回の使用書の該当項を読んでおくこと、復習としては該当項にある例題や章末問題を解いておくことを、最低限の時間外学習と考えて欲しい。なお、予習・復習合わせて約4時間の自己学習を想定している。

1. 電荷、クーロンの法則
    電荷とクーロンの法則、および重ね合わせの原理について学ぶ。【予習】使用書のp.5~p.8を読んでおくこと。
2. 電場
    電場の定義、および電荷によってつくられる電場について学ぶ。【予習】使用書のp.9~p.10を読んでおくこと。
3. 電気力線
    電気力線について学ぶ。【予習】使用書のp.10~p.12を読んでおくこと。
4. ガウスの法則その1
    立体角について学んだ後、ガウスの法則について立体角を通して学ぶ。【予習】使用書のp.12~p.17を読んでおくこと。
5. ガウスの法則その2
    ガウスの法則の応用例について学ぶ。【予習】使用書のp.17~p.19を読んでおくこと。
6. 電位その1
    外力が点電荷を運ぶ際の仕事をもとに、電位の定義について学ぶ。【予習】使用書のp.19~p.22を読んでおくこと。
7. 電位その2
    等電位面、電位と電場の関係について学ぶ。【予習】使用書のp.23~p.26を読んでおくこと。
8. 電気双極子その1
    電気双極子の定義、および電気双極子のまわりの電位と電場について学ぶ。【予習】使用書のp.26~p.29を読んでおくこと。
9. 電気双極子その2
    電気双極子に電場が及ぼす力のモーメントについて学ぶ。【予習】使用書のp.29~p.30を読んでおくこと。
10.微分形での電場の基本法則
    ガウスの法則、電場の渦なしの法則の微分形について学ぶ。【予習】使用書のp.30~p.35を読んでおくこと。
11.導体
    導体内部、導体表面、導体外部における電場および電荷密度の満たす条件について学ぶ。【予習】使用書のp.39~p.41を読んでおくこと。
12.電気容量   
    電気容量(静電容量)の定義と静電エネルギーの関係について学ぶ。【予習】使用書のp.41~p.47を読んでおくこと。
12.電場のエネルギーとマックスウェル応力
    電位と電荷のエネルギーという見方に替わるものとして、電場のエネルギーについて学ぶ。
   関連してマックスウェル応力についても学ぶ。【予習】使用書のp.48~p.50を読んでおくこと。
13.ポワソン方程式と鏡像法
    電位が満たすポワソン方程式とその性質を利用した鏡像法について学ぶ。【予習】使用書のp.50~p.58を読んでおくこと。
14.電流と電場
    電流密度と電荷保存則など、電流に関係した基本法則について学び、電磁気学IIの準備とする。【予習】使用書の第3章を読んでおくこと。

授業運営

講義形式による。なお、問題演習を行うことが理解を深めるのに不可欠なので、特に数理・物理学科の学生には同時開講される「物理学演習I」を合わせて履修することを強く推奨する。また、他学科・総合理学プログラムの学生などで履修の都合上「物理学演習I」を履修しない者は教科書の演習問題をよく解いておいて欲しい。

評価方法

定期試験による。

オフィスアワー

質問は講義終了時と居室(6号館212号室)にて受け付ける。居室で常時対応可能な時間は昼休みまたは5時限である。

使用書

伊東敏雄『電磁気学』[朝倉書店]2008年

参考書

前野昌弘『よくわかる電磁気学』[東京図書]2010年

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