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。
電磁気学を通じて光学と素粒子の基礎についても学ぶ。
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。
5) 光学と素粒子の基礎を学ぶ。
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,光学,素粒子
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 | 第3Qでの達成度解説、電磁誘導、誘導電界 | 電磁誘導を説明せよ。ファラデーの法則を式で説明せよ |
第2回 | 変化する電界によって生じる磁束密度、変位電流 | 実電流と変位電流の違いを説明せよ |
第3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 | 磁気エネルギーと電気エネルギーの相違点を見出せ。磁気エネルギー密度を導出せよ |
第4回 | マックスウェルの方程式(積分形)、光速 | 自遊空間を進む光がなぜ光速であるのかを説明せよ |
第5回 | マックスウェルの方程式(微分形)の準備ー発散と回転ー | ベクトル演算子「発散と回転」を消化せよ。 積分形式で表された4つの基本法則を微分形式で表せ。 |
第6回 | マックスウェルの方程式(微分形)、電磁波(その1) | マクスウェル方程式から電磁波を導け。 |
第7回 | 電磁波(その2)、相対論への入り口:ローレンツ変換 | 電磁波の運ぶ電磁波エネルギーを説明せよ。 |
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。