電磁気学基礎1に引き続き,本講義では静磁場,変動する電磁場,マクスウェル方程式,電磁波について講義する。
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,真空中の電磁気学の基本法則と,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) 誘導起電力,誘導電場,自己誘導,相互誘導,磁気エネルギー,変位電流などの概念を正しく理解し,数学的に表現できる。
2) 磁束密度に関するガウスの法則,アンペールの法則,ファラデーの法則,マクスウェル・アンペールの法則を正しく理解し,電磁気学の問題に応用できる。
3) マクスウェル方程式を基に電磁波を理解できる。
4) 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。
ガウスの法則,アンペールの法則,電磁誘導,ファラデーの法則,誘導起電力,誘導電場,自己インダクタンス,相互インダクタンス,磁気エネルギー,変位電流,マクスウェル・アンペールの法則,マクスウェル方程式,電磁波
✔ 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 | 磁束密度に関するガウスの法則 (磁束線、磁束、ガウスの法則の導出とその応用) | 磁気に関するガウスの法則を説明する。 |
第2回 | アンペールの法則 (アンペールの法則の導出とその応用) | アンペールの法則とその応用を説明する。 |
第3回 | 電磁誘導 (ファラデーの法則、誘導起電力、誘導電場) | 電磁誘導を説明する。 |
第4回 | 自己誘導と相互誘導 (自己インダクタンス、相互インダクタンス、磁気エネルギー) | 自己誘導および相互誘導を説明する。 |
第5回 | 変位電流 (マクスウェル・アンペールの法則) | 変位電流およびマクスウェル・アンペールの法則を説明する。 |
第6回 | 電磁気学の基本法則のまとめ (ベクトル関数の発散と回転、マクスウェルの方程式) | 積分形式で書かれた電磁気学の4つの基本法則を微分形式で示す。 |
第7回 | 電磁波 (平面電磁波の導出、速度やエネルギーなど電磁波の性質) | マクスウェル方程式から平面電磁波を導出する。 |
第8回 | 光学と素粒子の基礎 | 光学や素粒子の基礎を理解する。 |
永田一清著 電磁気学 (東京教学社、基礎物理学シリーズ) ISBN978-4-8082-2022-9
教員の準備するプリントを用いる。
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。