電磁気学入門

Introduction to Electromagnetism

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鈴木　英之

Hideyuki Suzuki

2023年度前期

2023, first semester

火曜1限

Tuesday, 1st period

創域理工学部　先端物理学科

Department of Physics and Astronomy, Faculty of Science and Technology

2.0単位

講義

Lecture

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対面授業/On-site class

静電気学を主な題材として、ベクトルや微積分を用いた電磁気学の入門講義を行う。

静電気学の基礎的現象の物理的意味を理解し，その数学的解析力を身につけることを目的とする。
本学科のディプロマ・ポリシーの
「２．物理法則の確実な理解(基礎学力)と体系的な専門知識を有し、それを応用できる。」
を達成することを目標とする。

静電場の基本法則の理解と数学的解析力を習得し、この講義に続く電磁気学A・B等の習得に困難がない程度の学力・学習習慣を身につける。　以下の設問について全て模範解答を示すことができるようになること。

[1] 以下の形状のものに電荷が一様に分布している。無限に長い直線上、無限に広い平面上、球殻上、球内。対象のものを微小区間に区切り、積分を行うことで、生じる電場を求めよ。
[2] [1]の状況で生じる電場を、ガウスの法則を用いて求めよ。
[3] 円周上もしくは円盤上に電荷が一様に分布している。円周もしくは円盤を微小区間に区切り、積分を行うことで、円周もしくは円盤の中心軸上に生じる電場を求めよ。
[4] [3]で求めた電場の、じゅうぶん遠方からの近似式を求め、その物理的意味を説明せよ。
[5] 保存力がどのような力か説明せよ。
[6] 静電場による力が保存力であることを説明せよ。
[7] 静電ポテンシャル（電位）とは何か説明せよ。
[8]点電荷のつくる静電ポテンシャルを求めよ。
[9] [1-3]の状況における静電ポテンシャルを求めよ。
[10] 電場が等電位面に対して垂直であることを示せ。
[11] ガウスの発散定理とストークスの回転定理を導け。
[12] ベクトルの発散と回転の意味を説明せよ。
[13] 与えられたベクトル場が静電場かどうかを判別せよ。
[14] 与えられた電場ベクトルに対して、線積分を行い、静電ポテンシャルを求めよ。

基礎物理学に関する問題解決能力　／　電磁気学/光学/波動物理学に関する問題解決能力

【重要】 毎回の講義の後、ノートを見直し、参考書の演習問題等を解くことによって必ず復習を行うこと。

課題に対する作文　Essay／小テストの実施　Quiz type test

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復習：ノートの見直し・整理、演習問題等に取り組む。

課題・小テスト(２割ほど)と試験にて評価する。

・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/​​​

「電磁気学」横山順一著

1　電場、ベクトルの取り扱い、クーロンの法則、重ね合わせの原理
　　　・電場の概念を理解する。
　　　・ベクトルの性質を復習する。
　　　・クーロンの法則のベクトル表記を理解する。

2　電気力線、連続電荷分布
　　　・連続分布する電荷のつくる電場の表式を理解する。

3　連続電荷分布のつくる電場
　　　・連続分布する電荷のつくる電場を理解する。

4　立体角
　　　・立体角を理解する。

5　ガウスの法則
　　　・ガウスの法則を導くことができるようになる。

6　ガウスの法則の応用例
　　　・ガウスの法則を利用た電場計算を理解する。

7　静電ポテンシャルと電位
　　　・静電ポテンシャルを導入して、静電場と静電ポテンシャルの関係を理解する。

8　静電場のガウスの法則と渦無しの法則
　　　・静電場の渦無しの法則とガウスの法則を理解する。
　　　・ガウスの発散定理とストークスの回転定理を理解する。

9　勾配ベクトルとはベクトルの発散・回転ベクトル
　　　・関数の勾配ベクトル、ベクトル関数の発散・回転ベクトルを理解する。

10　ポアソン方程式
　　　・ポアソン方程式を理解する。
　　　・ポアソン方程式を用いた電場計算を理解する。

11　静電エネルギー
　　　・静電エネルギーの定義を理解する。
　　　・静電エネルギーの計算を理解する。

12　電気双極子
　　　・電気双極子の作る電場を理解する。

13　静電場の計算例
　　　・球対称電荷分布の作る電場を理解する。

14　マクスウェル方程式
　　　・今後に向けて、マクスウェル方程式の概要を理解する。

15　到達度評価・総括

なお、途中で小テストなどを行う場合がある。

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