本講義ではクーロンの法則から出発し,静電場と静磁場について講義する。
電磁気学は自然を理解するための重要な学問である。また,専門コースでの理学,工学,生命科学を学ぶ上での必須の基礎学問である。本講義では,電荷がつくる電場と電流がつくる磁場の概念と,その数学的記述を修得し,これを基に電気磁気現象を理解し,未知の電気磁気学問題を解く能力を養う。
本講義を履修することにより,以下の知識と能力を修得する。
1) 電場,電位,静電エネルギー,磁束密度,磁気モーメントなどの概念を正しく理解し,数学的に表現できる。
2) 電場に関するガウスの法則とビオ・サバールの法則を正しく理解し,電場や磁束密度を求めることに応用できる。
3) 方程式で表された電気磁気学問題の数学的解を求めることができ,数学的解が意味する物理を説明できる。
クーロンの法則,電場,ガウスの法則,電位,導体,コンデンサー,電気容量,静電エネルギー,電流,磁気力,磁束密度,磁気モーメント,ビオ・サバールの法則
✔ 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) |
各講義の2/3は基礎的内容について,残る1/3は発展的応用的内容についての解説に充てる.講義内容の確実な理解と応用力を養うために,講義内容に関連した演習問題を物理学演習第二で出題する。
授業計画 | 課題 | |
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第1回 | イントロダクション,Coulombの法則と電場 | 電場の概念を説明せよ。任意の電荷分布に対して電場を求める方法を示せ. |
第2回 | 面積積分とGaussの法則の積分形 | 電場に関するガウスの法則を説明せよ |
第3回 | 電場の発散と電位 | 電場の発散と電荷の関係を説明せよ.電位の概念と電場との関係を説明せよ. |
第4回 | 電位勾配と電場.回転と保存場の条件 | 等電位面,電場,電位勾配の関係を理解すること.回転をもつ場の物理的なイメージを理解すること,回転を用いて保存場か否かを判断できる. |
第5回 | 導体の性質とその電場に対する応答 | 平衡状態での導体内の電場と電位を説明せよ。 |
第6回 | コンデンサーとその静電容量,絶縁体中の静電場 | コンデンサーに蓄えられる電荷と電位差の関係を説明せよ. |
第7回 | 静電場のエネルギー | 静電場がもつエネルギーとは何か説明せよ. |
第8回 | 電流と電流に作用する磁気力 | 電流が流れる平行導線間に働く力を説明せよ. |
永田一清著 電磁気学 東京教学社
特に指定しない
到達度を期末試験により評価する。
履修の条件を設けない。