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 | 磁束密度に関するガウスの法則(磁束線,磁束) 第1回の授業内容に関する実験 | 磁束密度を説明できるようになる。 |
第2回 | アンペールの法則(アンペールの法則の特性と応用) 第2回の授業内容に関する実験 | アンペールの法則を説明できるようになる。 |
第3回 | 電磁誘導(ファラデーの法則,誘導起電力,誘導電場) 第3回の授業内容に関する実験 | 日常での電磁誘導のついて説明できるようになる。 |
第4回 | 自己誘導と相互誘導(磁場に蓄えられるエネルギー) 第4回の授業内容に関する実験 | 自己誘導と相互誘導の違いを説明できるようになる。 |
第5回 | 変位電流(マクスウェル・アンペールの法則) 第5回の授業内容に関する実験 | 変位電流の起源を説明できるようになる。 |
第6回 | マクスウェルの法則と電磁波 (波動方程式) 第6回の授業内容に関する実験 | 波動方程式の特徴を説明できるようになる。 |
第7回 | 電磁波の特性(平面電磁波,電磁波の速さ,電磁波のエネルギー) 第7回の授業内容に関する実験 | 電磁波と光の関係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
特に無し
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。