| 英文名 | Electromagnetics Ⅰ | |
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| 科目概要 | 物理学科 ２年 ３群科目 必修 ２単位 前期 15 コマ 講義 週1コマ 火3限 |
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| 科目責任者 | 中村 厚 | |
| 担当者 | 中村 厚 | |
| 備考 | 科目ナンバリング：SP301-PF21 |
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| 科目 | 教科に関する専門的事項（中・高 理科） |
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| 施行規則に定める科目区分 |
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自然界に存在する４種類の基本的相互作用のうちで、電磁相互作用はあらゆるスケールの自然現象に関わる、唯一のものである。本科目では、この電磁気力に基づく自然現象のうち、時間依存性のない場合について、その全体像を把握し理解する。同時にベクトル解析の記述法を用いて、それらを合理的に表現する方法を習得する。
電荷が作る電場についてのクーロンの法則、定常電流が作る磁場についてのビオ・サバールの法則について詳細に解説する。これらのマクロスケールの電磁法則を、微視的な法則として書き表す。これらを記述するために必要な、多変数関数の微積分、およびベクトル解析の諸公式についても解説する。
ベクトル解析の詳細を織り交ぜながら、静電場・静磁場の満たす物理法則について解説する。
| 回 | 項目 | 内容 | 担当者 |
|---|---|---|---|
| 1 | 電荷とクーロンの法則 | 電荷とは何かを定義し、クーロンの法則について再確認する。 | 中村 厚 |
| 2 | 静電場１ | 静電気力について、遠隔作用と近接作用それぞれの立場の違いを明らかにし、電場の概念を導入する。 | 中村 厚 |
| 3 | ベクトル解析 | 電磁気学全般にわたり必要となる、ベクトル場の微積分学を解説する。 | 中村 厚 |
| 4 | 静電場２ | クーロンの法則を近接作用の立場で表現したガウスの法則について考える。 | 中村 厚 |
| 5 | 静電場３ | 静電ポテンシャルを導入し、電荷のもつ位置エネルギーについて考察する。 | 中村 厚 |
| 6 | 静電場の基本法則 | 静電場の基本法則が、ガウスの法則および渦なしの法則にまとめられることを開設する。 | 中村 厚 |
| 7 | 静電場のエネルギー | 静電場はそれ自体がエネルギーをもつと解釈できることを示す。また、マックスウェルの応力について解説する。 | 中村 厚 |
| 8 | 定常電流 | 定常電流の保存則、および現象論的なオームの法則について解説する。 | 中村 厚 |
| 9 | ローレンツ力と磁場 | 電荷に働くローレンツ力と磁束密度の関係について考察する。 | 中村 厚 |
| 10 | 電流と磁場１ | 電流が作る磁場についてのビオ・サバールの法則を解説する。 | 中村 厚 |
| 11 | 電流と磁場２ | 電場に対する静電ポテンシャルと同様に、磁束密度にはベクトルポテンシャルが対応することを見る。 | 中村 厚 |
| 12 | 電流と磁場３ | 定常電流間に作用する力について考える。 | 中村 厚 |
| 13 | 静磁場の基本法則 | 真空中の静磁場の基本法則は、アンペールの法則およびガウスの法則にまとめられることを示す。 | 中村 厚 |
| 14 | 変位電流 | 電荷保存則が成立するためには、変位電流の考え方が必要となることを見る。 | 中村 厚 |
| 15 | まとめ | 全体の確認と復習 | 中村 厚 |
電磁気学の内容のうち、「静電場」および「静磁場」の法則について理解できるようになるとともに、ベクトル解析の手法によって、それらの合理的な記述ができることを目的とする。
毎回のレポート課題(20%) および期末試験(80%) により総合的に評価する。
【授業時間外に必要な学習時間：毎回の講義あたり予習120 分、および復習120 分が必須である。】
予習においては、あらかじめ教科書およびclassroom 等に公開したテキストを熟読しておくこと。復習においては、毎回の演習問題をより深く考察すること。
各自が独自の講義ノートを作成することが望ましい。
該当教員なし
前期、電磁気学演習 I は本講義の内容に関する演習科目である。後期、電磁気学 II および電磁気学演習 II は本講義の続編となる。
毎週のレポート課題、および期末試験についてはclassroom やウェブサイト等において略解を公表する。後期開講科目「電磁気学II」および「電磁気学演習 II」と連続した一体の講義であり、授業内容は前後期にわたり連続して展開される。
| 種別 | 書名 | 著者・編者 | 発行所 |
|---|---|---|---|
| 教科書 | 電磁気学 | 砂川重信 | 岩波書店 |
| 参考書 | 電磁気学演習 | 砂川重信 | 岩波書店 |