電磁気学A(2013年度)

2016-03-11 (金) 22:32:27 (1348d)

電磁気学

電磁気学A② 2013年度(平成25年度)、冬学期開講

時間割コード

  • 20315…1年(理二三-5、7、10−11)
  • 21415…1年(文科)、2年(文科)

教室

  • 5号館531号教室

授業日

  • 毎週火曜日2限(10:40〜12:10)、計13回+期末試験1回

授業の方法

  • 板書
  • 板書が難しい図面は資料配付
  • 授業開始前にその日のテーマのレポート課題を出す。授業をしっかり聞いていればその場で解ける程度の問題と、自宅で30分くらい考える程度の問題の2種類を出す。翌週の授業終了後に提出のこと。

成績評価

  • 授業レポート(ほぼ毎回配布、翌週に提出。後出しはダメ) … 50%
  • 学期末試験(レポートをしっかり解けばできるはず) … 50%

学期末試験日程

  • 2月●日(●)●時限目に実施、●●:●●~●●:●●
  • 持ち込み不可

教科書・参考書

とくに指定はしないが、生協で入手可能な下記のロングセラーがよい。専門課程に進学しても使える。

  • 加藤正昭著 「電磁気学」  (東京大学出版会)
  • 加藤正昭著 「演習 電磁気学」 (サイエンス社)
  • 兵藤俊夫著 「電磁気学」  (裳華房)
  • ファインマン物理学III   (岩波書店)

講義予定

第1回 ガイダンス、および、ベクトル解析入門(10月8日)

  • 線積分・経路積分
  • 面積分
  • 体積積分
  • スカラー場の勾配
  • ベクトル場の発散
  • ベクトル場の回転
  • ガウスの発散定理
  • ストークスの定理

第2回 クーロンの法則、静電場(10月22日)

  • 電荷の基本的性質
  • 国際単位系
  • クーロンの法則
  • 電場の概念(遠隔作用、近接作用)
  • 静電場のポテンシャルエネルギー
  • 電気力線
  • 電場と電位の関係
  • 電場の保存則

第3回 ガウスの法則(10月29日)

  • ガウスの法則(閉曲面上の電場に関する積分)
  • ガウスの法則の微分形
  • 流体場のアナロジー
  • ガウスの法則の応用(点電荷、線電荷、面電荷)

第4回 導体(11月12日)

  • 静電場中の導体の性質、および、その証明
  • 誘導電荷の分布(鏡像法)
  • 導体間の静電容量と静電エネルギー
  • 導体に働く電場の力(仮想変位の方法)

第5回 誘電体(11月19日)

  • ファラデーの静電容量
  • 電気双極子
  • 誘電体表面の分極電荷密度
  • 誘電体に関するガウスの法則
  • 誘電体中の電場の例(誘電体被覆コンデンサ)
  • 界面における電場、電束密度の保存則
  • 静電場のエネルギー密度
  • 誘電体に働く静電引力

第6回 直流回路(11月26日)

  • オームの法則の微視的取り扱い
  • ジュール熱(エネルギー散逸機構)
  • 電荷の保存則
  • 導体中の電場
  • 誘電率と導電率の関係(応用問題:球状電極の接地抵抗)
  • 起電力と電気回路
  • キルヒホッフの法則
  • 合成抵抗

第7回 電流と磁場(12月3日)

  • 電場と磁場の類似性
  • ベクトルの内積、外積の物理的意味
  • 電流と磁場に関する法則(エルステッドの実験、アンペールの実験、フレミングの左手の法則)
  • ビオ・サバールの法則
  • ビオ・サバールの法則の応用(直流電流、平行電流…透磁率の定義、円電流)
  • 単位の導出(磁荷、磁場、誘電率、透磁率)

第8回 アンペールの法則(12月10日)

  • 電場と磁場の類似性(EB対応)
  • 電流ループが形成する磁位
  • アンペールの周回積分の法則
  • アンペールの法則の応用(直線電流、ソレノイド)

第9回 ベクトルポテンシャル(12月17日)

  • ベクトル解析の補足(微分演算子ナブラ、ラプラシアン)
  • 磁場に関する諸法則の微分系(アンペールの法則、磁場の発散ゼロ)
  • 磁場のベクトルポテンシャル
  • 電流分布とベクトルポテンシャルの関係
  • ベクトルポテンシャルの例題(直線電流、ソレノイド)
  • (予備)磁束と誘導電場

第10回 磁性体(1月7日…授業の進行状況により取り扱わない可能性あり)

  • 磁気双極子
  • アンペールの分子電流仮説
  • 磁性体中のアンペールの法則
  • 磁性体中の磁場(常磁性、反磁性、強磁性)
  • 起電力と磁気抵抗
  • 反磁場

第11回 電磁誘導(1月14日)

  • 磁場に関するパラドックス問題(永久機関)
  • 電磁誘導
  • ローレンツ力
  • 誘導起電力
  • 誘導電場
  • 磁場のエネルギー密度

第12回 電磁波、マクスウェル方程式(1月21日)

  • アンペールの法則の成立条件(電流の連続)
  • 非定常電流へのアンペールの法則の拡張(変位電流)
  • 変位電流の応用
  • マクスウェル方程式(一般、真空中)
  • 進行波の取り扱い
  • 電磁波の進行

第13回 電磁気学の総括的理解(特殊相対性理論)(1月28日)

  • 電荷の静止・運動による現象の違い
  • 動く系における時間の伸び
  • ローレンツ収縮
  • 力積の保存則
  • クーロン静電場のローレンツ変換

第14回 期末試験