2020年度 電磁気学第二   Electricity and Magnetism II

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開講元
電気電子系
担当教員名
西山 伸彦  植之原 裕行 
授業形態
講義
メディア利用
Zoom
曜日・時限(講義室)
火1-2(W641)  金1-2(W641)  
クラス
-
科目コード
EEE.E202
単位数
2
開講年度
2020年度
開講クォーター
2Q
シラバス更新日
2020年9月18日
講義資料更新日
2020年8月15日
使用言語
日本語
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講義の概要とねらい

 本講義では,電磁気学第一での静電気に引き続き,静磁気を学習し,その後,時間的に変化する電気と磁気の関係を扱う。磁束密度と磁性体を説明し,続いて,電磁誘導,磁気エネルギーを扱う。さらに変位電流を導入した拡張されたアンペアの法則について説明する。講義と演習を密接に組み合わせて,電磁気学の基礎を習得する。
 電磁気学は波動工学や導波路工学などの波動関係科目,電気機器学やパワーエレクトロニクスなどの電力関係科目,電気回路などの回路関係科目,半導体物性や電子デバイスなどの物性・デバイス関係科目の電気電子系の幅広い学問分野の基礎をなしている。

到達目標

本講義を履修することによって,次の能力を修得する。
1)電流により発生する力を理解し、説明できる。       2)磁束密度の方程式を理解し、意味を説明できる。
3) 磁性体や磁気回路についてその振る舞いを説明できる。  4)電磁誘導の法則とローレンツ力の意味を説明できる。
5)インダクタンスと磁気エネルギーの意味を説明できる。 6)変位電流と拡張されたアンペアの法則の意味を説明できる。

キーワード

アンペアの法則,磁性体,電磁誘導,磁気エネルギー,変位電流

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)
・電気電子分野の基礎専門力

授業の進め方

毎回の講義の前に予習事項をまとめるレポートを提出してもらい、講義の中で全員で確認します。また,講義の最後には,その日の教授内容に関する演習問題に取り組んでもらいます。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 イントロダクション、電流とオームの法則 -電流の定義とオームの法則の導出 電流とはなにか、それを利用したオームの法則の導出
第2回 起電力、電流分布と静電界、電力 -電流と他のパラメータの関係の導出 電池の起電力の理解、電流と静電界、電力の関係の説明
第3回 電流により働く力、ビオサバールの法則 -任意の電流がつくる磁束密度 電流により磁束密度が発⽣するイメージを持つ、任意の形状の電流がつくる磁束密度の説明
第4回 アンペアの法則と磁束密度の基本⽅程式 -ビオサバールの法則からの展開 電流と磁束密度の関係⽅程式の導出
第5回 ベクトルポテンシャルと磁束 -⽅向をもつポテンシャルの定義と磁束の表現への適⽤ スカラポテンシャルとベクトルポテンシャルの定義の違いの説明
第6回 磁性体、磁化と磁界、境界条件 -磁化の定義とそれを利⽤した式の書き換え 物質が存在した場合の磁束密度やアンペアの法則、磁化の定義と物質の境界での磁束密度の振る舞いの説明
第7回 磁気回路、これまでの復習 -電気回路のように磁性体を表す 磁気回路と電気回路の⽐較 これまでの復習
第8回 理解度確認総合演習,講義内容の流れの説明 -第1回から第7回までの内容の演習形式による確認 第1回から第7回までの理解度確認と到達度自己評価
第9回 電磁誘導 -ファラデーの電磁誘導の法則 ローレンツ力 -コイルが移動する場合の電磁誘導の法則 電磁誘導の法則の意味の説明 コイルが移動する場合の電磁誘導の法則の説明
第10回 インダクタンス -自己インダクタンスと相互インダクタンス インダクタンスの意味の説明
第11回 インダクタンスの蓄えるエネルギー -コイルに与えた仕事量 磁気による仕事とエネルギー -コイルとループのエネルギー変化 インダクタンスの蓄えるエネルギーの意味の説明 固定コイルと移動ループの間での仕事量とエネルギーの変化の説明
第12回 磁気による力 - 仮想変位の原理 仮想変位の原理による磁気による力の導出
第13回 変位電流、後半の復習 -拡張されたアンペアの法則 変位電流の現象の説明 後半の復習
第14回 総合演習 第9回から第13回までの理解度確認と到達度評価

授業時間外学修(予習・復習等)

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。

教科書

資料をOCW-iからダウンロードする。

参考書、講義資料等

末松安晴著『電磁気学』(共立出版)ISBN-13: 978-4320084179
後藤尚久著『電磁気学がわかる本』(オーム社) ISBN-13: 978-4274208539

成績評価の基準及び方法

磁束密度,磁性体,電磁誘導,磁気エネルギー,電磁界の法則に関する理解度を評価する。理解度確認のための総合演習(40%)および期末試験(40%),毎回のレポートおよび演習(20%)で成績を評価する。
【2020年度においては、理解度確認総合演習2回(60%),毎回の予習レポートおよび演習(40%)で成績を評価する。】

関連する科目

  • EEE.E211 : 波動工学
  • EEE.S301 : 導波路工学および電波法
  • EEE.P301 : 電気機器工学
  • EEE.P311 : パワーエレクトロニクス
  • EEE.C201 : 電気回路第一
  • EEE.D211 : 半導体物性
  • EEE.D351 : 電子デバイス第一

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

電磁気学第一を履修していること,または同等の知識があること。

連絡先(メール、電話番号)    ※”[at]”を”@”(半角)に変換してください。

西山:nishiyama[at]ee.e.titech.ac.jp
植之原: uenohara.h.aa[at]m.titech.ac.jp

オフィスアワー

西山:可能な限りいつでも対応するが、不在のこともあるのでメールで事前予約すること。
植之原:メールで事前予約すること。

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