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シラバス詳細照会

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授業情報

開講年度 2019年度 開講箇所 先進理工学部
科目名
電磁気学A (物理)

担当教員 望月 維人
学期曜日時限 春学期  月2時限
科目区分 専門必修 配当年次 2年以上 単位数 2
使用教室 56-101教室 キャンパス 西早稲田(旧大久保)
科目キー 2801012003 科目クラスコード 01
授業で使用する言語 日本語
  コース・コード PHYB22ZL
大分野名称 物理学
中分野名称 基礎物理学
小分野名称 電磁気学
レベル 中級レベル(発展・応用) 授業形態 講義

シラバス情報

最終更新日時:2019/01/26 22:19:43

授業概要 電磁気学は古典物理学の主要な柱の一つであり、一見無関係に見える電気、磁気、光が、ここにおいてみごとに統一されている。 本講義では、クーロン、ガウス、ファラデー、アンペール等によって発見された法則が、いかにしてマックスウェルの方程式に集約されていったかを概説する。
授業の到達目標 電磁気学の法則を大域的・積分的視点と局所的・微分的視点の両方から理解すること。
事前・事後学習の内容 前回のノートを復習し、質問事項などを整理しておくこと。
授業計画 第1回 序論 
  1.1 現代物理学における電磁気学の位置づけと簡単な歴史 
  1.2 数学的準備:ベクトル解析のおさらい  
     スカラー積、ベクトル積、grad, div, rot ・・・   
  1.3 Maxwell方程式をまず眺める 
 
第2回 電荷と電場 
  2.1 電荷: 場の源、保存量、2種、量子化、 
  2.2 Coulombの法則
  2.3 重ね合わせの原理 
  2.4 遠隔作用と近接作用 

第3回 ガウスの法則
  3.1 電気力線と電束、電束密度 
  3.2 ガウス積分
  3.3 ガウスの法則
  3.4 具体的な応用

第4回 静電場の回転と発散 -- 局所的法則 
  4.1 静電場は渦なし場
  4.2 ガウスの法則の微分形
  4.3 静電ポテンシャルとポアソン方程式
  4.4 ポアソン方程式のグリーン関数による解法

第5回 静電場の多重極展開
  5.1 静電ポテンシャルのルジャンドル多項式による展開
  5.2 単極子、双極子、四重極、…
  5.3 双極子の作る静電場
  
第6回. 導体と静電場
  6.1 導体は等電位領域
  6.2 導体近傍の電場と表面電荷
  6.3 導体系の静電場 ラプラス方程式と境界値問題
  6.4 簡単で賢い解法 鏡像法、重ね合わせ法

第7回 電気容量と静電エネルギー
  7.1 電気容量
  7.2 自己容量、相互容量、相反定理
  7.3 導体系の静電エネルギー
  7.4 静電場のエネルギー密度

第8回 電流
  8.1 電流と電流密度
  8.2 電荷保存則と連続の方程式
  8.3 オームの法則
  8.4 電流と磁場との相互作用
  8.5 ローレンツ力
  8.6 ビオ・サバールの法則

第9回 電流と磁場
  9.1 ベクトル・ポテンシャル
  9.2 電流間にはたらく力
  9.3 直線電流による磁束密度の線積分
  9.4 アンペールの法則 (積分形)
  9.5 アンペールの法則 (微分形)

第10回 電磁誘導の法則
  10.1 ファラデーの発見
  10.2 電磁誘導と運動の相対性
  10.3 ファラデーの法則 (積分形)
  10.4 ファラデーの法則 (微分形)
  10.5 運動座標系における電磁場
  10.6 アインシュタイン論文「運動物体の電磁力学」(参考)

第11回 インダクタンス
  11.1 電流 → 磁束 線形応答係数としてのインダクタンス
  11.2 自己インダクタンス、相互インダクタンス
  11.3 ソレノイド中の磁束と変圧器の原理
  11.4 コイル・抵抗(LR)回路と時定数
  11.5 磁場のエネルギー密度

第12回 マックスウェル方程式
  12.1 J. C. Maxwell (1831-1879) と A. Einstein (1879-1955)
  12.2 マックスウェルの発見 変位電流
  12.3 マックスウェル・アンペールの法則
  12.4 変位電流の物理的解釈
  12.5 マックスウェル方程式
  12.6 真空中の電磁波
  
第13回 電磁場と荷電粒子系のエネルギーと運動量
  13.1 電磁場のエネルギー密度の時間微分
  13.2 ポインティング・ベクトル
  13.3 電磁場+荷電粒子系のエネルギー
  13.4 電磁場の運動量
  13.5 電磁場+荷電粒子系の運動量

第14回 電磁気学と特殊相対論
  14.1 ローレンツ変換
  14.2 電磁場はテンソル成分として変換
  14.3 電磁テンソル
  14.4 電磁テンソル形式のマックスウェル方程式と電荷保存則

第15回 理解度確認 教場試験
教科書 教科書は特に指定しない。

参考書としては
1. 砂川重信著「電磁気学」 (岩波テキストシリーズ 4), 「電磁気学演習」(同 5)
2. Feyman Lectures II (Caltech公開, 電磁気学は Vol. II ) http://www.feynmanlectures.caltech.edu/
3. J. D. Jackson, Classical Electrodynamics (John Wiley & Sons) Web 公開 https://archive.org/details/ClassicalElectrodynamics  


などを挙げておく。
成績評価方法 試験 80%, レポート 20%,
備考・関連URL

 

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