マクスウェル方程式をもとに、真空中での電磁波解、電磁波の伝播、放射、散乱を扱う。また、電磁場に則した特殊相対論を導入し、電磁場中での電荷の運動、加速する電荷からの放射について説明する。
電磁場の物理は物理学および現代技術の基礎であり、また相対性原理や場は現代物理の理解のための重要な概念である。この講義はMaxwell方程式から出発して、電磁場の基礎および応用力を身につけさせるのがねらいである。
マクスウェル方程式をもとに、その基礎と応用を多くの例を用いて理解する。特に真空中での電磁波解、電磁波の伝播、放射、散乱, また、電磁場に則した特殊相対論や、電磁場中での電荷の運動、加速する電荷からの放射を学ぶ。
Maxwell方程式, 電磁波, 伝播, 放射, 散乱, 特殊相対性理論
✔ 専門力 | 教養力 | コミュニケーション力 | 展開力(探究力又は設定力) | ✔ 展開力(実践力又は解決力) |
板書により概念を説明する。
授業計画 | 課題 | |
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第1回 | 電磁波の伝播、電磁場の平面波解、偏光、Helmholtz方程式と境界条件 | 空間中を伝播する電磁波の平面波解とその偏光状態、一般の場合のHelmholtz方程式と電磁場の境界条件 |
第2回 | 導波管、TE波、TM波、TEM波、位相速度と群速度 | 導波管中を伝播する電磁波の理解 |
第3回 | 電磁波の回折、Fresnel‒Kirihoffの公式、Fraunhofer回折、Fresnel回折 | 電磁波の回折現象を波動方程式から理解する |
第4回 | 電磁ポテンシャルとゲージ変換、Coulomb ゲージ、Lorenzゲージ | Maxwell方程式を電磁ポテンシャルを用いて理解する |
第5回 | 電磁波の放射, Helmholtz方程式のGreen関数 | Green 関数法を用いてHelmholtz方程式を解くこと により電磁波の放射を理解する |
第6回 | 電気双極子放射, 磁気双極子放射 | 放射の例として双極子放射等を詳しく理解する |
第7回 | 特殊相対性理論、Lorentz変換, 相対論的力学 | 特殊相対論の基礎概念を理解する |
第8回 | 電磁場の共変形式 | 明白にLorentz共変なMaxwell方程式を理解する |
第9回 | 電磁場中の相対論的荷電粒子の力学 | 相対論的荷電粒子の力学を理解する |
第10回 | 変分原理と電磁場の方程式 | 変分原理からMaxwell方程式を導出する |
第11回 | 電磁場の正凖形式 | 電磁場の正準形式と保存則を理解する |
第12回 | 加速する電荷からの電磁放射、Lienard‒Wiechertポテンシャル | 加速する荷電粒子からの電磁波の放射を理解する |
第13回 | 制動放射、シンクロトロン放射 | 加速された点電荷による電磁波の放射の例を理解する |
第14回 | 電荷による電磁波の散乱 | 電荷による電磁波の散乱を理解する |
学修効果を上げるため,教科書や配布資料等の該当箇所を参照し,「毎授業」授業内容に関する予習と復習(課題含む)をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。
OCW-i で講義ノートを配布する。
理論電磁気学 砂川重信 紀伊國屋書店
電磁場の古典論, 岡真, 培風館
場の古典論 ランダウ, リフシッツ 東京図書
Classical Electrodynamics J.D. Jackson, Wiley
電磁気学の基礎的な考え方やその応用に関する理解度を、期末試験により評価する。
特になし。