1. ベクトル場で電気現象を説明できる(1stQ)。
2. ベクトル場で磁気現象を説明できる(1stQ)。
3. Maxwell方程式を説明できる(1stQ、2ndQ)。
4. Maxwell方程式から基本的な電磁気現象を導き出せる(2ndQ)。
概要:
電気磁気学(電磁気学)は、電気ならびに磁気現象を体系的にまとめた物理学の一大分野である。物理学に止まらず、電力工学・電子工学・通信工学など電気に関する工学各分野における最も基礎的な学問であり、その理解は電気系技術者に必須である。エネルギーコースにおいて電気磁気学は、これまで学んだ「基礎電気磁気学」ならびに「電気磁気学I」、および本科目とを併せて総合的に学習していく。最後となる本科目を修めることで、電気系技術者に求められる電気磁気学の基本は完成する。
本科目は、企業で電気磁気学に基づいた装置開発を担当していた教員がその経験を活かして行うものである。
本科目は、以下に挙げるSDGs (Sustainable Development Goals) に関連するものである。
No. 4 質の高い教育をみんなに
No. 5 ジェンダー平等を実現しよう
No. 7 エネルギーをみんなにそしてクリーンに
No. 9 産業と技術革新の基盤をつくろう
授業の進め方・方法:
スライドショー(プリント)形式の講義を行う。本科目は学修単位科目のため、事後学習としてレポートを実施する。
注意点:
「基礎電気磁気学」、「電気磁気学 I」、およびこれまでの数学各科目を十分に復習しておくこと。加えて、併行して開講される数学各科目の内容も必要とする場合があるので、その理解に努めておくこと。本科目は、これら科目の基礎に立った高度な内容となっているので、自学習を怠らないこと。
レポートは20%の割合で評価する。内容・提出方法は、別途指示する。提出期限は厳守で、遅れた場合は0点評価とする。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
授業概要、「電気磁気学 I」の復習 (1) |
本科目の位置づけ、必要性、到達目標、評価方法などについて理解できること。「電気磁気学I」の内容について、説明・計算できること。
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| 2週 |
誘電現象とガウスの法則 |
ベクトル場における誘電現象とガウスの法則について、説明・計算できること。
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| 3週 |
誘電体と静電エネルギー (1) |
誘電体の性質と静電エネルギーについて、説明・計算できること。
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| 4週 |
誘電体と静電エネルギー (2) |
誘電体の性質と静電エネルギーについて、説明・計算できること。
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| 5週 |
静電誘導と静電遮蔽 (1) |
静電誘導と静電遮蔽の現象について、説明・計算できること。
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| 6週 |
静電誘導と静電遮蔽 (2) |
静電誘導と静電遮蔽の現象について、説明・計算できること。
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| 7週 |
磁性体と電磁誘導 |
電磁誘導現象と磁性体の性質について、説明・計算できること。
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| 8週 |
中間試験 |
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| 2ndQ |
| 9週 |
答案返却と解説、変位電流とMaxwell方程式の完成 |
間違った箇所を理解できる。変位電流を導出し、Maxwell方程式を完成できること。
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| 10週 |
Maxwell方程式と個々の電磁気現象との関係 |
Maxwell方程式を用いて、相互インダクタンスおよび磁気エネルギーを説明・計算できること。
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| 11週 |
Maxwell方程式の応用 (1): 表皮効果 |
Maxwell方程式を用いて、表皮効果を導出し、その内容を説明・計算できること。
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| 12週 |
Maxwell方程式の応用 (2): 波動方程式と電磁波 |
Maxwell方程式から波動方程式を導出し、電磁波の存在を証明・計算できること。
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| 13週 |
Maxwell方程式の応用 (3): ポインティングベクトルと電磁界のエネルギー |
Maxwell方程式を用いて、ポインティングベクトルと電磁界のエネルギーを導出し、説明・計算できること。
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| 14週 |
これまでの復習 |
これまでの内容について、説明できること。
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| 15週 |
期末試験 |
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| 16週 |
答案返却と解説 |
間違った箇所を理解できること。
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| 分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 電気・電子系分野 | 電磁気 | 電荷及びクーロンの法則を説明でき、点電荷に働く力等を計算できる。 | 4 | 前1,前2,前3,前4,前5,前6 |
| 電界、電位、電気力線、電束を説明でき、これらを用いた計算ができる。 | 4 | 前1,前2,前3,前4,前5,前6,前10,前11,前12,前14 |
| ガウスの法則を説明でき、電界の計算に用いることができる。 | 4 | 前1,前2,前3,前4,前5,前6,前11,前12,前14 |
| 導体の性質を説明でき、導体表面の電荷密度や電界などを計算できる。 | 4 | 前1,前2,前3,前4,前5,前6,前11,前14 |
| 誘電体と分極及び電束密度を説明できる。 | 4 | 前1,前2,前3,前4,前5,前6,前9,前14 |
| 静電容量を説明でき、平行平板コンデンサ等の静電容量を計算できる。 | 4 | 前1,前2,前3,前4 |
| コンデンサの直列接続、並列接続を説明し、その合成静電容量を計算できる。 | 4 | 前1,前3,前4 |
| 静電エネルギーを説明できる。 | 4 | 前1,前3,前4,前13,前14 |
| 磁性体と磁化及び磁束密度を説明できる。 | 4 | 前7,前10,前14 |
| 電流が作る磁界をビオ・サバールの法則を用いて計算できる。 | 4 | 前1,前7 |
| 電流が作る磁界をアンペールの法則を用いて計算できる。 | 4 | 前1,前7,前9,前10,前11,前14 |
| 磁界中の電流に作用する力を説明できる。 | 4 | 前1,前7,前9,前11,前12,前14 |
| ローレンツ力を説明できる。 | 4 | 前1,前7 |
| 磁気エネルギーを説明できる。 | 4 | 前7,前10,前12,前13,前14 |
| 電磁誘導を説明でき、誘導起電力を計算できる。 | 4 | 前7,前9,前10,前14 |
| 自己誘導と相互誘導を説明できる。 | 4 | 前10,前14 |
| 自己インダクタンス及び相互インダクタンスを求めることができる。 | 4 | 前10,前14 |