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 | クーロンの法則と電場(電荷に働く力,電場の導入,電気力線) 第1回の授業内容に関する実験 | クーロンの法則について説明できるようになる。 |
第2回 | 電場とガウスの法則(電場の求め方,ガウスの法則の性質) 第2回の授業内容に関する実験 | ガウスの法則を説明できるようになる。 |
第3回 | ガウスの法則の応用と電位(電荷密度分布) 第3回の授業内容に関する実験 | ガウスの法則を応用できるようになる。 |
第4回 | 導体(導体内外の電場と電位,静電遮蔽) 第4回の授業内容に関する実験 | 導体の特性を説明できるようになる。 |
第5回 | コンデンサーと静電エネルギー(電場に蓄えられるエネルギー) 第5回の授業内容に関する実験 | コンデンサーの特性を説明できるようになる。 |
第6回 | ビオ-サバールの法則(電流によって生じる磁場) 第6回の授業内容に関する実験 | ビオ-サバールの法則の特性を説明できるようになる。 |
第7回 | 電流と電流に作用する磁気力、磁束密度,磁束(磁気モーメント) 第7回の授業内容に関する実験 | 直線電流による磁場を説明できるようになる。 |
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
特になし
期末にテストを行う(状況により変更する可能性がある)。また、適宜レポート課題、宿題を出す。
履修の条件を設けない。
大学の電磁気学の授業では、偏微分、勾配、発散、線積分、面積分、体積積分などスカラーおよびベクトル関数についての数学を説明し、それを用いて電磁気学について講義をする。高校の物理教科書「物理基礎」と「物理」は合計約700ページあり、電磁気学については静電磁場、電磁誘導、交流回路などが記述されている。高校の物理教科書は高校3年で習う数学は使わないように配慮して書かれている。大学生の立場から高校の物理教科書を常に読んで検討し、内容を深く理解して、どのページについても人に説明できるようになることが重要である。