電磁気学１演習Ｂ A組

Electromagnetism 1, Problem Solving B A組

9915D18

15PHELE104

石垣　賢卯、齋藤　智彦

Saitoh, Tomohiko and Ishigaki, Kento

2023年度後期

2nd semester, 2023

金曜3限

3rd period, Friday

理学部第一部　応用物理学科

Department of Applied Physics, Faculty of Science Division Ⅰ

1.0単位

演習

Seminar

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対面授業/On-site class

電磁気学2の講義に沿って問題演習を行います。
　授業前半は、履修学生が自ら問題解答を試みます。ただし、試験問題を解くようにではなく、教員・TAへ質問したり、教科書や参考書を調べたり、学生間で議論したり、等、interactiveな時間となるよう心掛けてください。解いた結果はその場で、写真に撮ってLETUSに提出します。提出物は評価対象となりますが、答の正誤よりも取り組みを重視して評価します。

　授業後半は、教員による問題の解答解説を行います。

電磁気学2の講義を理解するために問題演習を行い、基本的問題が解けるようになることが本演習の目的です。
　本演習は、本学科のディプロマポリシーに定める「物理学及びその応用分野を含めた科学についての十分な基礎学力と高度な専門的知識を身につけた人材」を育成するための科目です。

(1) 電磁気学で扱う物理数学、即ち偏微分・多重積分・基礎的ベクトル解析等が使えるようになる。
(2) 誘電体の性質、および誘電体内外の静電場の振る舞いを説明できるようになる。
(3) ビオサバールの法則とアンペールの法則を説明できるようになる。
(4) 電磁誘導の概略を説明できるようになる。
(5) 交流回路の基本的動作を説明できるようになる。
(6) 磁性体内外の静磁場の振る舞いの概略を説明できるようになる。
(7) 電磁場がエネルギーを持つことの意味の概略を説明できるようになる。
(8) マックスウェルの方程式の意味の概略を説明できるようになる。

前提とする知識：　電磁気学2講義で前提とするもの、及び受講日までの電磁気学2講義の内容。

小テストの実施　Quiz type test／ディベート・ディスカッション　Debate/Discussion

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準備学習：教科書・講義ノートによる予習を毎回1時間程度。
復習：教科書と講義・演習ノートを用いて毎回2時間程度。毎回必ず自分で手を動かして計算を確認してください。

・第1回〜第14回の各回の演習課題への取り組み：30%
・第15回授業時に行う到達度評価：70%

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

N

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教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

(0)　兵頭俊夫　「電磁気学（増補修訂版）」（裳華房2021）および講義ノート
https://www.shokabo.co.jp/mybooks/ISBN978-4-7853-2274-8.htm
　講義の教科書。必ず持ってきて下さい。
(1) 荒木修・齋藤智彦　著　「本質から理解する数学的手法」（裳華房2016）
https://www.shokabo.co.jp/mybooks/ISBN978-4-7853-1570-2.htm
　理工系の大学の主に1, 2年次に登場する数学についての解説です。特に3-5章は本講義での数学の解説を基にしているので、講義とほぼ同じ内容です。なお電子版もあります。
(2)　前野昌弘　著　「よくわかる電磁気学」（東京図書2010）
http://www.tokyo-tosho.co.jp/kikan/04/index.html
　同レベルの参考書。分かりやすい良書です。
(3)　砂川重信　著　「理論電磁気学 第3版」（紀伊國屋書店1999）
https://www.kinokuniya.co.jp/f/dsg-01-9784314008549
　伝統的名著であり、教科書より進んだ内容も網羅（もうら）した、All in oneの定番教科書です。ハイレベルですがいつまでも使えます。　
(4)　霜田光一・近角聰信　編　「大学演習電磁気学　全訂版」（裳華房 1980）
http://www.shokabo.co.jp/mybooks/ISBN978-4-7853-8010-6.htm
　簡潔なまとめと豊富な演習問題。レベル別に並んでいるので、自習しやすく、かつ大学院入試まで使えます。しかしオンデマンド印刷・製本となってしまいました。

以下、教科書の対応する章を[　]で示します。なお、教科書では「付録」の章となっている、微分形のマックスウェルの方程式の導出は、第13章として講義で扱います。数学の内容については、参考書(2)の対応章も示しました。

1. 誘電体と静電場（１）
内容：誘電体についての実験事実を知り、誘電率、誘電体のミクロな性質とマクロな電場について理解する。また分極という概念を理解する。[7.1, 7.2, 7.3, 7.4]

2. 誘電体と静電場（２）
内容：分極がつくる電場を計算できるようになる。誘電体中の電束密度、誘電体境界面での電束密度と電場の接続条件を学ぶ。強誘電体を理解する。[7.5, 7.6, 7.7, 7.8, 7.9]

3. 電流の周りの磁場（１）
内容：電流の周りの磁場に関する実験事実を学ぶ。ベクトル積、ローレンツ力について理解する。[8.1, 8.2, 8.3]，ベクトル積は参考書(2) 第1章

4. 電流の周りの磁場（２）
内容：ビオサバールの法則を理解し、これを応用できるようになる。アンペールの法則を理解し、これを応用できるようになる。[8.4, 8.5, 8.6, 8.7, 8.8, 8.9]

5. 電流の周りの磁場（３）
内容：磁気モーメントの周りの磁場を計算できるようになる。磁束密度に対するマックスウェルの方程式を導出できるようになる。[8.10, 8.11, 8.12]

6. 時間的に変化する場（１）
内容：電磁誘導についての実験事実を学び、マックスウェルの方程式との関係を説明できるようになる。磁束が変化する場合に誘導電流が生じることを定式化できるようになる。[9.1, 9.2, 9.3]

7. 時間的に変化する場（２）
内容：回路が変化する場合にも広義の誘導電流が生じること、および時間変化に対するレンツの法則を理解する。[9.4, 9.5]

8. 時間的に変化する場（３）
内容：相互インダクタンス・自己インダクタンス・変異電流密度について理解する。[9.6, 9.7, 9.8]

9. 過渡現象と交流回路（１）
内容：基本素子を学ぶ。過渡現象を理解する。複素インピーダンスを用いて交流回路の基本的問題が解けるようになる。[10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5]

10. 物質の磁気的性質（１）
内容：軌物質の磁性の基本的事実、および原子・分子・イオンの（ミクロな）磁気モーメントと物質の（マクロな）磁化の関係を理解する。[11.1, 11.2, 11.3]

11. 物質の磁気的性質（２）
内容：物質中の磁束密度と磁場、および磁化の関係、常磁性体、反磁性体、強磁性体、物質境界での接続条件について理解する。[11.4, 11.5, 11.6, 11.7, 11.8, 11.9]

12. 電場・磁場のエネルギー
内容：静電場・静磁場がエネルギーを持つことを理解し、これを導出できるようになる。[12.1, 12.2, 12.3]

13.マックスウェルの方程式の微分形（１）
内容：ベクトル場の発散と回転を学び、ガウスの定理とストークスの定理を理解する。[A.1, A.2, A.3, A.4, A.5]，参考書(2) 第5章

14. マックスウェルの方程式の微分形（２）
内容：微分形のマックスウェルの方程式をガウスの定理・ストークスの定理から導出できるようになる。[A.6, A.7, A.8]，参考書(2) 第5章

15. 講義内容に関する到達度の確認と解説
内容：講義内容の到達度の確認と、その解説を行う。

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