【電磁気学Ⅰ】 [物理学科 3群 必修 科目(配当年次: 第2学年 ) ]
 
単  位:2単位 単位認定者: 中村厚 教員免許取得のための必修科目
授業期間: 前期  15コマ 科目分担者: 科目:教科に関する科目(中・高 理科)
授業形態: 講義  週1コマ 施行規則に定める科目区分:物理学
 
教育目標

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。

教育内容

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。

教育方法

教科書に沿って解説する。適宜、ベクトル解析についての補足を織り交ぜる。

 
講義内容(シラバス)
項  目 担当者 授業内容

1回

電荷とクーロンの法則

中村

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。

2回

静電場1

中村

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。

3回

ベクトル解析

中村

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。

4回

静電場2

中村

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。

5回

静電場3

中村

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。

6回

静電場の基本法則

中村

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。

7回

静電場のエネルギー

中村

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。

8回

定常電流

中村

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。

9回

ローレンツ力と磁場

中村

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。

10回

電流と磁場1

中村

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。

11回

電流と磁場2

中村

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。

12回

電流と磁場3

中村

定常電流間に作用する力について考える。

13回

静磁場の基本法則

中村

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。

14回

変位電流

中村

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。

15回

まとめ

中村

全体の確認と復習

 
到達目標

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するとともに、ベクトル解析の手法によって、それらの合理的な記述方法を習得する。

評価基準

期末試験により評価する。

準備学習
(予習・復習)

教科書を熟読しておくことが求められる。

 
  (書  名) (著者名) (出版社名) (定価)
教科書 電磁気学 砂川重信 岩波書店 2,800円+税
参考書 電磁気学演習 砂川重信 岩波書店 2,700円+税