授業科目

電磁気学
Electromagnetism 

担当者

教授   木村 敬
前 金5

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、静磁場と動的な電磁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、電磁場に関連する事柄の基礎について学ぶ。具体的な主項目としては、電流と回路、静磁場、動的な電磁場が挙げられる。

授業計画

各回の講義内容は以下のとおりである。ただし、時間の都合で若干前後することもある。予習としては、各回の該当箇所についてテキストを予め読んでおくことに加え、特に初回の講義に先だって、高等学校で学ぶ範囲が多い使用書の第3章の部分を各自読んでおくことが求められる。復習としては、テキストの各節に掲載されている演習問題を授業進度に合わせて解き、末尾の解答と答え合わせをしておくことを推奨する。また、図書館等を利用して演習書を入手し、演習問題を解くことが望ましい。電磁気学IIは電磁気学Iに比べて高度なだけでなく、一時間当たりの進みが速くなるので、予習・復習がより大切になる。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. 静磁場その1
    直線電流間の力、磁束密度Bと磁束の定義について学ぶ。【予習】使用書のp.80~p.86を読んでおくこと。
2. 静磁場その2
    ビオ・サバールの法則とその応用について学んだ後、アンペールの法則について学ぶ。【予習】使用書のp.86~p.92を読んでおくこと。
3. 静磁場その3
    アンペールの法則の応用と、静磁場の基本法則(磁場のガウスの法則、アンペールの法則)の微分形について学ぶ。【予習】使用書のp.92~p.97を読んでおくこと。
4. 静磁場その4
    ベクトルポテンシャルについて学んだ後、磁気双極子の定義とそのベクトルポテンシャルからの導出等について学ぶ。【予習】使用書のp.97~p.104を読んでおくこと。
5. 誘電体その1
    電気分極と電束密度Dについて学ぶ。【予習】使用書のp109.~p.120を読んでおくこと。
6. 誘電体その2
    電束密度Dと電場Eの誘電体境界面での接続、誘電体中の静電エネルギーなどについて学ぶ。【予習】使用書のp.120~p.126を読んでおくこと。
7. 磁性体その1
    磁化Mと磁場の強さHについて学ぶ。【予習】使用書のp.129~p.139を読んでおくこと。
8. 磁性体その2
    磁場の強さHと磁束密度Bの磁性体境界面での接続、簡単な形状をもつ磁性体でのHとBの振舞について学ぶ。【予習】使用書のp.140~p.146を読んでおくこと。
9. 電磁誘導その1
    静磁場中を運動する回路に生じる電流と、静止した回路を貫く磁束が変化する場合のファラデーの法則とその微分表現について学ぶ。【予習】使用書のp.149~p.156を読んでおくこと。
10.電磁誘導その2
    自己誘導と相互誘導、磁場のエネルギーについて学ぶ。【予習】使用書のp.156~p.161を読んでおくこと。
11.電磁誘導その3
    過渡現象、交流回路について学ぶ。【予習】使用書のp.161~p.170を読んでおくこと。
12.電磁波その1
    変位電流を導入し、マックスウェルの4つの方程式を完成させる。【予習】使用書のp.175~p.181を読んでおくこと。
13.電磁波その2
    電荷と電流のない真空中でのマックスウェルの方程式から波動方程式を導出し、電磁波を導く。【予習】使用書のp.181~p.185を読んでおくこと。
14.電磁波その3
    電磁波によって運ばれるエネルギーとポインティングベクトルの関係などについて学ぶ。【予習】使用書のp.186~p.188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II」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II」を履修できない学生は教科書の演習問題をよく解いて欲しい。

評価方法

定期試験による。

オフィスアワー

質問は講義終了時や居室にて受け付ける。居室(6号館212号室)における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

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