2019年度 電磁気学(地惑)   Electromagnetism (EPS course)

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開講元
地球惑星科学系
担当教員名
奥住 聡  佐藤 文衛 
授業形態
講義 / 演習
曜日・時限(講義室)
月5-8(I2-318)  木5-8(I2-318)  
クラス
-
科目コード
EPS.B212
単位数
4
開講年度
2019年度
開講クォーター
4Q
シラバス更新日
2019年3月18日
講義資料更新日
-
使用言語
日本語
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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) マクスウェル方程式を用いて電磁波の伝搬を計算することができる
4) 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

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、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、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、誘電体、磁性体

学生が身につける力

国際的教養力 コミュニケーション力 専門力 課題設定力 実践力または解決力
- - -

授業の進め方

毎回の授業で講義と演習の両方を行う。

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 静磁気学 (1): 静磁場の基本方程式 磁場、アンペールの法則、ベクトルポテンシャルを理解する
第5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6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7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8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9回 電磁波 (1): 真空中の伝播 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10回 電磁波 (2): 導体中の伝播 オームの法則と表皮効果を理解する
第11回 電磁波 (3): 電磁波の放射 電磁ポテンシャル、遅延ポテンシャルを理解する
第12回 誘電体 分極、誘電率を理解する
第13回 磁性体 磁化、透磁率を理解する
第14回 物質中の電磁波 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

なし。毎回の授業で講義ノートを配布する。

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。

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