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 | クーロンの法則、ガウスの法則、(電荷に働く力、重ね合わせ、電気力線,電界の導入) | 電界の概念ついて説明せよ。 |
第2回 | 電位、電位と電界の関係、双極子(ガウスの法則による電界の導出、電界と電位の数学的関係) | 電界に関するガウスの法則を説明せよ。 |
第3回 | 導体と電界、静電エネルギー(その1) | 導体に対するガウスの法則の適用を説明せよ。静電エネルギーを計算せよ。 |
第4回 | 静電エネルギー(その2)、電流と磁界 | 静電エネルギー密度を説明せよ。電流が流れる平行導線間に働く力を説明せよ。 |
第5回 | 外積表現によるローレンツ力、磁束密度に関するガウスの法則 | 磁束密度、電荷運動、ローレンツ力の関係式を説明せよ、磁束密度と電界との違いを把握せよ。 |
第6回 | 磁気モーメント、ビオ・サバ―ルの法則(その1) | 電流ループが磁気モーメントとみなせること、電流の周囲に磁界が発生することを証明する実験を説明せよ。 |
第7回 | ビオ・サバ―ルの法則(その2)、アンペールの法則 | 有限長さを有する電流線の周囲の磁束密度を計算せよ |
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。
プリントを配布する予定である。
なし
期末テストに基づく。
履修の条件を設けない。