- 開講元
- 地球惑星科学系
- 担当教員名
- 奥住 聡
- 授業形態
- 講義 / 演習
- メディア利用科目
- 曜日・時限(講義室)
- 月5-8(I311) 木5-8(I311)
- クラス
- -
- 科目コード
- EPS.B212
- 単位数
- 4
- 開講年度
- 2017年度
- 開講クォーター
- 4Q
- シラバス更新日
- 2017年3月17日
- 講義資料更新日
- -
- 使用言語
- 日本語
- アクセスランキング
-
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講義の概要とねらい
本授業では電磁気学の基礎方程式であるマクスウェル方程式から出発し、静電気学、静磁気学、時間変動する電磁場、電磁波の基礎を習得する。
電磁気学の諸概念は地球惑星科学の学修・研究のために必須である。本講義では、マクスウェル方程式を用いて、具体的な電磁気学的現象を理解することを目的とする。
到達目標
本授業を履修することによって次の能力を習得する。
1) 微分型で表現された電磁場の方程式の物理的意味を説明できる
2) 具体的な電荷分布、電流分布がつくる静電磁場を求めることができる
3) 物質中の電磁気学の概念を説明でき、具体的な問題を解くことができる
4) マクスウェル方程式から電磁波の伝搬を計算することができる
キーワード
電場、電位、ガウスの法則、ポアソン方程式、電気双極子、誘電体、磁場、ベクトルポテンシャル、アンペールの法則、磁気双極子、磁性体、電磁誘導、変位電流、電磁場のエネルギー、マクスウェル方程式、電磁波
学生が身につける力(ディグリー・ポリシー)
| ✔ 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) |
授業の進め方
毎回の授業の前半で講義を行い、後半で演習を行う。
授業計画・課題
| 授業計画 | 課題 | |
|---|---|---|
| 第1回 | 電磁気学で使う数学（ベクトル解析など） | ベクトル場の発散・回転、および保存則の微分表示を理解する |
| 第2回 | 静電気学 (１): 静電場の基礎方程式 | 電場、ガウスの法則、電位、ポアソン方程式を理解する |
| 第3回 | 静電気学 (２): 遠方の電場、電気双極子、静電エネルギー | 電気双極子と電荷の集団の持つエネルギーを理解する |
| 第4回 | 静電気学 (3): 誘電体 | 分極、誘電率を理解する |
| 第5回 | 静電気学 (４): 物質中の電場 | 誘電体中の電場の導き方を理解する |
| 第6回 | 静磁気学 (1)： 静磁場の基本方程式 | 磁束密度、アンペールの法則、ベクトルポテンシャルを理解する |
| 第7回 | 静磁気学 (2): 遠方の磁場、磁場双極子、ローレンツ力 | 磁気双極子と閉じた電流の対応、および荷電粒子が磁場から受ける力を理解する |
| 第8回 | 静磁気学 (3)： 磁性体 | 磁化、透磁率、磁性体の中での磁場を理解する |
| 第9回 | 時間変化する電磁場 (1): 電磁誘導 | 電磁誘導とファラデーの法則を理解する |
| 第10回 | 時間変化する電磁場 (2): 変位電流 | 変位電流とマクスウェル・アンペールの法則を理解する |
| 第11回 | 時間変化する電磁場 (3): 電磁場のエネルギー | エネルギー保存則、ポインティングベクトルを理解する |
| 第12回 | 電磁波 (１): 波動方程式 | マクスウェル方程式から電磁波が導かれることを理解する |
| 第13回 | 電磁波 (2): 真空中で伝播と生成 | 正弦波、球面波、電磁ポテンシャルを理解する |
| 第14回 | 電磁波 (3)： 物質中での伝播 | 物質中での電磁波の伝播、反射、透過を理解する |
| 第15回 | 理解度確認 | 講義内容全体を復習する |
教科書
初回の授業で紹介する。
参考書、講義資料等
ファインマン(著), 宮島龍興(翻訳)『ファインマン物理学〈3〉電磁気学』 岩波書店, ISBN-13: 978-4000077132
成績評価の基準及び方法
小テスト、期末試験などにより評価する。
関連する科目
- LAS.P103 ： 電磁気学基礎１
- LAS.P104 ： 電磁気学基礎２
- EPS.B201 ： 物理数学A（地惑）
- EPS.B203 ： 力学（地惑）
- EPS.B210 ： 物理数学B（地惑）
- EPS.B331 ： 量子力学（地惑）
- EPS.A333 ： 惑星天文学
- EPS.A335 ： 太陽地球系物理学
履修の条件(知識・技能・履修済科目等)
電磁気学基礎1,2、物理数学Aの履修を前提とする。
