電気磁気学Ⅰ

科目基礎情報

学校 苫小牧工業高等専門学校 開講年度 令和05年度 (2023年度)
授業科目 電気磁気学Ⅰ
科目番号 0002 科目区分 専門 / 必修
授業形態 授業 単位の種別と単位数 履修単位: 2
開設学科 創造工学科(電気電子系共通科目) 対象学年 2
開設期 通年 週時間数 2
教科書/教材 [ 教科書]ノマド・ワークス、「基本からわかる電気数学」ナツメ社、 石井良博著「電気磁気学」コロナ社、 [参考資料]石井良博著「よくわかる電気磁気学」電気書院、高橋 寛 監修「電気基礎(上)」コロナ社
担当教員 奥山 由

到達目標

1) クーロン力や電界、電位の基礎知識をもち、それらの諸量を求めることができる。
2) 導体、誘電体や静電エネルギーの基礎知識をもち、それらの諸量を求めることができる。
3)ビオ・サバールの法則、アンペールの法則やローレンツ力の基礎知識をもち、それらの諸量を求めることができる。
4)電磁誘導についての基礎知識をもち、自己インダクタンスや相互インダクタンスを求めることができる。

ルーブリック

理想的な到達レベルの目安標準的な到達レベルの目安未到達レベルの目安
評価項目1クーロン力や電界、電位の基礎知識を持ち、それらの諸量を求めることができる。点電荷に働くクーロン力の計算及びガウスの法則を使って電界の計算ができる。左項目が出来ない。
評価項目2導体、誘電体や静電エネルギーの基礎知識をもち、それらの諸量を求めることができる。静電容量を計算できる。左項目が出来ない。
評価項目3ビオ・サバールの法則、アンペールの法則やローレンツ力の基礎知識をもち、それらの諸量を求めることができる。ビオ・サバールの法則やアンペールの法則を用いて磁界を求めることができる。左項目が出来ない。
評価項目4電磁誘導についての基礎知識をもち、自己インダクタンスや相互インダクタンスを求めることができる。電磁誘導を用いて誘導起電力を計算でき、自己誘導と総合誘導を説明できる。左項目が出来ない。

学科の到達目標項目との関係

 Ⅰ 人間性  1 Ⅰ 人間性
 Ⅱ 実践性  2 Ⅱ 実践性
 Ⅲ 国際性  3 Ⅲ 国際性
 CP2 各系の工学的専門基盤知識,および実験・実習および演習・実技を通してその知識を社会実装に応用・実践できる力  5 CP2 各系の工学的専門基盤知識,および実験・実習および演習・実技を通してその知識を社会実装に応用・実践できる力
 CP4 他者を理解・尊重し,協働できるコミュニケーション能力と人間力  7 CP4 他者を理解・尊重し,協働できるコミュニケーション能力と人間力

教育方法等

概要:
電気磁気学は、電気電子工学の重要な基礎分野であるため、電気磁気現象を論理的・定量的に学び、電気電子技術者にとって必要な基礎となる知識を身に付ける。特に第2学年では、電気磁気学に必要な電気数学及び電気磁気学の全体の概要について学ぶ。そのため、第1学年で学んだ数学と第2学年以降で学ぶ数学および物理基礎に関する基礎知識を良く勉強すること。
授業の進め方・方法:
達成目標に関する内容の試験および小テスト・課題レポートで達成度を評価する。小テスト・課題レポート30%、理解度確認試験30%、前期期末試験20%、定期試験20%で成績評価する。また、定期試験は後期のみに行い前期は行わない。小テスト・課題レポート及び理解度確認試験の内訳は、授業内で説明する。学業成績が60点未満の者に対して再試験を実施する場合がある。この場合、再試験の成績は定期試験の成績に置き換えて再評価を行う。
注意点:
基本的には講義が中心となる。また、微積分、ベクトルについて数学よりも早い進度で取り扱っていくので、理解を深めるために課題演習をしっかりと行うこと。
授業計画の授業内容・方法における( )内は、その内容を勉強するにあたり、特に重要となる数学や物理の基礎事項である。

授業の属性・履修上の区分

アクティブラーニング
ICT 利用
遠隔授業対応
実務経験のある教員による授業

授業計画

授業内容 週ごとの到達目標
前期
1stQ
1週 ガイダンス/電荷と力 電荷や帯電について説明できる。
2週 クーロンの法則I(関数とグラフ) クーロン力について説明することができ、2つの電荷間に働く力の計算、グラフ化ができる。
3週 クーロンの法則II(三角関数と力の合成) クーロンの法則を用いて、直線状に並ぶ複数の電荷による力を計算できる。
4週 クーロンの法則III(三角関数と力の合成) クーロンの法則を用いて、複数の電荷による力を計算できる。
5週 クーロンの法則と電界 点電荷によって発生するクーロン力と電界の関係がわかる。
6週 点電荷の作る電界の計算 点電荷の作る電界の計算できる。
7週 電気力線と電界 電気力線と電界の関係について説明が出来る。
8週 ガウスの法則(微積分) ガウスの法則がわかる。
2ndQ
9週 ガウスの法則の積分形(微積分) ガウスの定理の積分形がわかる。
10週 理解度確認試験 これまでの内容についての試験問題を解くことができる。
11週 電位(微積分) 電位,電圧と電界の関係についてわかる。
12週 コンデンサの接続と静電容量 コンデンサの接続と静電容量の計算がわかる。
13週 平行平板コンデンサの静電容量 平行平板コンデンサの静電容量が計算できる。
14週 コンデンサに蓄えられるエネルギー コンデンサに蓄えられるエネルギーが計算できる。
15週 静電エネルギー 静電エネルギーについて説明することができる。
16週 定期試験
後期
3rdQ
1週 誘電体と誘電率 誘電体と誘電率について説明できる。
2週 電気双極子と分極 電気双極子モーメントや分極の大きさを計算できる。
3週 分極と電束密度 誘電体中でガウスの定理が適用でき、静電容量や静電エネルギーが計算できる。
4週 磁極の間のクーロンの法則と磁力線 磁極の間のクーロンの法則を用いて磁極間の力の計算ができ、磁力線について説明できる。
5週 理解度確認試験
6週 磁気モーメントと磁性体の磁化 磁気モーメントと磁化について説明できる。
7週 磁束密度と透磁率及び強磁性体の磁化 磁束密度と透磁率の関係及び強磁性体、ヒステリシスについて説明できる。
8週 右ねじの法則とアンペールの法則I 右ねじの法則について説明でき、アンペールの法則を使って直線電流が作る磁界の計算ができる。
4thQ
9週 右ねじの法則とアンペールの法則II 右ねじの法則について説明でき、アンペールの法則を使ってソレノイドが作る磁界の計算ができる。
10週 ビオ・サバールの法則 ビオ・サバールの法則を使って磁界の計算ができる。
11週 磁界中の電流に作用する力 フレミング左手の法則について説明でき電磁力を求めることができる。
12週 ローレンツ力 ローレンツ力が計算できる。
13週 電磁誘導 電磁誘導を説明でき、ファラデーの法則・レンツの法則を用いて誘導起電力の計算ができる。
14週 自己インダクタンス、相互インダクタンス 自己インダクタンス、相互インダクタンスを求めることが出来る。
15週 コイルに蓄えられるエネルギー コイルに蓄えられる磁気エネルギーを計算できる。
16週 定期試験

評価割合

レポート課題・小テスト理解度確認試験前期期末試験定期試験合計
総合評価割合3030202000100
基礎的能力202015150070
専門的能力1010550030
分野横断的能力0000000