講義内容詳細:電磁気学

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年度/Academic Year 2024
授業科目名/Course Title (Japanese) 電磁気学
英文科目名/Course Title (English) Electromagnetism
学期/Semester 前期 単位/Credits 4
教員名/Instructor (Japanese) 富重 道雄
英文氏名/Instructor (English) TOMISHIGE Michio

講義概要/Course description
電磁気学の初歩から、マックスウェル方程式がどのようにして作られたか、の理解とその応用について講義する。
達成目標/Course objectives
高校で学んだ静電場・静磁場に関する法則をベクトル解析を用いて定式化し、時間変化する場合へと一般化することで、電磁気学の基本法則であるマックスウェルの方程式が導き出されることを理解する。また、マックスウェル方程式の応用、さらには相対論や量子力学の入門につなげることを目標とする。
学部・研究科のディプロマポリシー(卒業認定・学位授与の方針)に基づき、当該科目を履修することで身につく能力 / Abilities to be acquired by completing the course in accordance with the faculty and graduate school diploma policy (graduation certification and degree conferral)
学部・研究科のディプロマポリシー(卒業認定・学位授与の方針)/ Undergraduate and Graduate Diploma Policy (Graduation Certification and Degree Conferral)
履修条件(事前に履修しておくことが望ましい科目など)/Prerequisite
必修科目である「力学」、「解析学」の履修を前提とする(理解が不十分な場合は復習しておくこと)。また本講義では法則の理解に重点を置いており、数学的技法の説明は最低限にとどめる。そのため複雑な演習問題を解くために必要な数学的技法を習得するために、同じ学期に開講される「物理学演習II/電磁気学演習」を履修することが望ましい。なお電磁気学の理解に必須のベクトル解析については「物理数学I」で詳しく扱うので並行履修を勧める。
授業計画/Lecture plan
1
授業計画/Class 対面授業での実施
0. 電磁気学とは:電磁気学の基本法則、電磁気学の歴史
1. クーロンの法則(静電場):電荷、クーロンの法則、電場
2
授業計画/Class 1. クーロンの法則(静電場):さまざまな電荷分布と電場
2. ガウスの法則(静電場の発散):電気力線とガウスの法則(積分型)
3
授業計画/Class 2. ガウスの法則(静電場の発散):ガウスの法則の応用、微分型のガウスの法則

4
授業計画/Class 3. 静電ポテンシャル:渦なしの法則、静電ポテンシャル、点電荷の静電ポテンシャル
5
授業計画/Class 4. ポアソン方程式:ポアソン方程式、導体と静電場、鏡像法
5. コンデンサーと静電エネルギー:電気容量とコンデンサー
6
授業計画/Class ここまでの講義内容(静電場)の理解度を確認するために、1限目を使って中間試験を行う。
5. コンデンサーと静電エネルギー:静電場のエネルギー
7
授業計画/Class 6. 定常電流:定常電流と保存則、オームの法則、電気伝導の自由電子模型
7. 静磁場と電流:磁石と静磁場
8
授業計画/Class 7. 静磁場と電流:電流の磁気作用、磁場に関するガウスの法則、アンペールの法則、アンペールの法則の応用

9
授業計画/Class 8. 磁場とベクトル・ポテンシャル:ベクトル・ポテンシャル、ペクトル・ポテンシャルの方程式、ビオ・サバールの法則
10
授業計画/Class 9. 電流にはたらく磁場の力:アンペールの力、ローレンツ力、磁気双極子
11
授業計画/Class 1回目の中間試験以降の講義内容(静磁場)の理解度を確認するために、1限目に中間試験を行う。
10. 電磁誘導の法則:ファラデーの電磁誘導の法則
12
授業計画/Class 10. 電磁誘導の法則:磁場の中を運動する回路、電磁誘導の法則の積分型と微分型、自己インダクタンスと相互インダクタンス
13
授業計画/Class 11. マックスウェルの方程式:電荷保存則と変位電流、マックスウェルの方程式、電磁場のエネルギー
14
授業計画/Class 12. 電磁波:電磁波の波動方程式、電磁波の性質
15
授業計画/Class 13. 物質中の電磁場:誘電体、電束密度とガウスの法則、磁性体、物質中のマックスウェル方程式
 
事前学習/Preparation 参考書を読んで講義予定の内容を予習
事後学習/Reviewing 講義ノートを振り返るとともに、例題や演習問題を解いて理解を深める
授業方法/Method of instruction
区分/Type of Class 対面授業 / Classes in-person
実施形態/Class Method 通常型 / regular
補足事項/Supplementary notes本講義は1週目から対面授業で実施します。
活用される授業方法/Teaching methods used
成績評価方法/Evaluation
1 試験 Exam 100% 講義期間中に行う二回の中間試験と定期試験、計三回の点数を平均して成績を決定する。
参考書/Reference books
 著者名
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タイトル
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出版社
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出版年
Published year
ISBN価格
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1 加藤岳生 物理学レクチャーコース 電磁気学入門 裳華房 2022.11 9784785324117 2640円 標準的
2 佐川弘幸, 本間道雄著 物理学スーパーラーニングシリーズ 電磁気学 第2版 丸善出版 2012.1 9784621061275 2420円 標準的
3 松下貢著 物理学講義 電磁気学 裳華房 2014.11 9784785322465 2500円+税 標準的 蔵書情報 / Library information
4 砂川重信著 物理学の考え方2 電磁気学の考え方 岩波書店 1993.4 4000078925 2400円 体系的 蔵書情報 / Library information
5 和田純夫著 物理講義のききどころ2 電磁気学のききどころ 岩波書店 1994.11 4000079425 体系的 蔵書情報 / Library information
6 長岡洋介著 物理入門コース 電磁気学I 電場と磁場 岩波書店 2017.12 9784007102226 詳しい
7 長岡洋介著 物理入門コース 電磁気学II 変動する電磁場 岩波書店 2017.12 9784007102233 詳しい