電気磁気学Ⅱ

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04年度 (2022年度)
授業科目 電気磁気学Ⅱ
科目番号 0011 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 3
開設期 通年 週時間数 前期:2 後期:2
教科書/教材 教科書:松本聡著「工学の基礎 電気磁気学」(裳華房) / 参考書:村崎憲雄, 飽本一裕訳「マグロウヒル大学演習電気磁気学」(オーム社)
担当教員 佐々木 幸司

到達目標

1. クーロンの法則を理解でき、これを利用してクーロン力の計算ができる。
2. 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。
3. ガウスの法則を利用して電界を求めることができる。
4. 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。
5. 誘電体と分極及び電束密度を説明できる
6. 平行平板コンデンサや各種形状の静電容量を計算できる。
7. コンデンサの各種接続について合成容量が計算でき、静電エネルギーについても計算できる。
8. 各種磁性体の特徴を説明できる。
9. 磁気エネルギーを説明でき、計算できる。
10. ビオサバールの法則およびアンペールの法則を理解し, 電流が作る磁界を計算できる。
11. 電流が磁界から受ける力やローレンツ力を計算できる。
12. 電磁誘導に関する法則を理解でき, 色々な形状のインダクタンスを計算できる。

ルーブリック

理想的な到達レベルの目安(優)標準的な到達レベルの目安(良)未到達レベルの目安(不可)
到達目標1クーロンの法則を理解でき、これを利用して複雑に配置された電荷のクーロン力の計算ができる。クーロンの法則を理解でき、これを利用してクーロン力の計算ができる。クーロンの法則を理解できず、これを利用してクーロン力の計算ができない。
到達目標2電界、電位、電気力線、電束を詳細に説明でき、これらを用いた計算ができる。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。電界、電位、電気力線、電束を説明できず、これらを用いた計算ができない。
到達目標3ガウスの法則を利用して複雑な電界を求めることができる。ガウスの法則を利用して電界を求めることができる。ガウスの法則を利用して電界を求めることができない。
到達目標4導体の性質を詳細に説明でき、導体表面の電荷密度や電界などを計算できる。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。導体の性質を説明できず、導体表面の電荷密度や電界などを計算できない。
到達目標5誘電体と分極及び電束密度を詳細に説明できる誘電体と分極及び電束密度を説明できる誘電体と分極及び電束密度を説明できない。
到達目標6平行平板コンデンサや複雑な形状の静電容量を計算できる。平行平板コンデンサや各種形状の静電容量を計算できる。平行平板コンデンサや各種形状の静電容量を計算できない。
到達目標7コンデンサの複雑な接続について合成容量が計算でき、静電エネルギーについても計算できる。コンデンサの各種接続について合成容量が計算でき、静電エネルギーについても計算できる。コンデンサの各種接続について合成容量が計算できず、静電エネルギーについても計算できない。
到達目標8各種磁性体の特徴を詳細に説明できる。各種磁性体の特徴を説明できる。各種磁性体の特徴を説明できない。
到達目標9磁気エネルギーを詳細に説明でき、計算できる。磁気エネルギーを説明でき、計算できる。磁気エネルギーを説明できず、計算できない。
到達目標10ビオサバールの法則およびアンペールの法則を深く理解し, 複雑な電流が作る磁界を計算できる。ビオサバールの法則およびアンペールの法則を理解し, 電流が作る磁界を計算できる。ビオサバールの法則およびアンペールの法則を理解できず, 電流が作る磁界を計算できない。
到達目標11電流が磁界から受ける合力やローレンツ力を計算できる。電流が磁界から受ける力やローレンツ力を計算できる。電流が磁界から受ける力やローレンツ力を計算できない。
到達目標12電磁誘導に関する法則を深く理解でき, 複雑な形状のインダクタンスを計算できる。電磁誘導に関する法則を理解でき, 色々な形状のインダクタンスを計算できる。電磁誘導に関する法則を理解できず, 色々な形状のインダクタンスを計算できない。

学科の到達目標項目との関係

Ⅰ 人間性
Ⅱ 実践性
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
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
学科目標 D(工学基礎) 数学,自然科学,情報技術および工学の基礎知識と応用力を身につける
学校目標 D(工学基礎) 数学,自然科学,情報技術および工学の基礎知識と応用力を身につける
本科の点検項目 D-ⅳ 数学,自然科学,情報技術および工学の基礎知識を専門分野の工学的問題解決に応用できる
本科の点検項目 E-ⅱ 工学知識,技術の習得を通して,継続的に学習することができる
学科目標 F(専門の実践技術) ものづくりに関係する工学分野のうち,得意とする専門領域を持ち,その技術を実践できる能力を身につける
学校目標 F(専門の実践技術) ものづくりに関係する工学分野のうち,得意とする専門領域を持ち,その技術を実践できる能力を身につける
本科の点検項目 F-ⅰ ものづくりや環境に関係する工学分野のうち,専門とする分野の知識を持ち,基本的な問題を解くことができる

教育方法等

概要:
2学年での電気磁気学Ⅰに引き続き, 電気電子工学の重要な基礎分野である電気磁気現象を論理的, 定量的に学ぶことで, 電気電子技術者にとって必要な基礎となる知識を身につけることを目的とする。2年生で学習した電気・磁気に関する現象や法則について、微分および積分を利用した高度な内容について学習し, 電気磁気学の基礎を習得する。
授業の進め方・方法:
講義主体で進める。数学・物理はもちろん, 電気回路Ⅰ, 電気磁気学Ⅰで習得した知識, さらには電気機器Ⅰ, 電子デバイスⅠなどの関連する科目についても十分理解しておくこと。
達成目標に関する内容の試験および小テストで達成度を評価する。
試験50%, 達成度確認30%, 課題・小テスト等20%で成績評価する。合格点は60点である。学期途中で達成度が低いと思われる受講者に対して習熟度向上のための課題等を別途実施することがある。学年末評価は前期と後期の平均とする。学年末評価の成績が60点未満のもの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50%の成績に置きかえて再評価を行う。
注意点:
必要に応じて小テスト等を実施する。また電気磁気学を理解するためには計算が必須である。各自計算練習に努めること。

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 クーロンの法則 クーロンの法則を用いて、クーロン力を計算できる。
2週 電荷が作る電界(1) 電荷が作る電界を計算できる。
3週 電荷が作る電界(2) 複数の電荷が作る電界を計算できる。
4週 電気力線 電気力線と電荷の関係を理解できる。
5週 ガウスの法則 ガウスの法則を理解できる。
6週 ガウスの法則による電界の計算 ガウスの法則を利用して電界を求められる。
7週 電界と電位および仕事 電界と電位の関係を理解し、電位を求められる。
8週 等電位面と電気力線 等電位面と電気力線の関係を理解できる。
2ndQ
9週 電気双極子 電気双極子が作る電位と電界を計算できる。
10週 静電誘導 静電誘導の原理を理解できる。
11週 静電容量 様々な形状の静電容量を計算できる。
12週 誘電体 導体と誘電体の区別ができ、誘電体内部の電界について理解できる。
13週 分極電荷 分極について理解できる。
14週 電束密度とガウスの法則 電束密度について理解でき、ガウスの法則を利用して電束密度を求められる。
15週 電界および電束密度の境界条件 異なる媒体が接するとき, 電界・電束密度の関係について理解し, 計算できる。
16週
後期
3rdQ
1週 定常電流と抵抗、オームの法則 抵抗率, 抵抗率の温度係数, コンダクタンス, 導電率を理解し, 各諸量を求められる。オームの法則を理解し, 各諸量を求められる。
2週 電流密度、ジュールの法則
電荷の流れより, コンダクタンス, 導電率を理解し, 電流密度を求められる。
抵抗率, 抵抗率の温度係数, コンダクタンス, 導電率, ジュールの法則の基礎知識を理解し, 各諸量を求められる。
3週 磁荷に関するクーロン力 磁荷に関するクーロン力を計算できる。
4週 磁荷による磁界と磁束密度 磁界と磁束密度を理解でき、計算できる。
5週 磁性体 各種の磁性体の特徴を説明できる。
6週 磁界および磁束密度に関する境界条件 異なる媒体が接するとき, 磁界・磁束密度の関係について理解し, 計算できる。
7週 磁気回路 各種形状の磁気回路について理解し, 起磁力, 磁束, 磁気抵抗を計算できる。
8週 ビオ・サバールの法則 ビオ・サバールの法則により, 磁束密度を計算できる。
4thQ
9週 アンペールの法則 アンペールの法則により, 磁束密度を計算できる。
10週 電流が磁界から受ける力
電流が磁界から受ける力を計算できる。
11週 電荷が磁界から受ける力
電荷が磁界から受ける力を計算できる。
12週 ファラデーの法則
電磁誘導を説明でき、誘導起電力を計算できる。
13週 自己インダクタンス
自己誘導を説明でき、自己インダクタンスを計算できる。
14週 相互インダクタンス
相互誘導を説明でき、相互インダクタンスを計算できる。
15週 磁気エネルギー
磁気エネルギーを説明でき、計算できる。
16週

評価割合

達成度課題・小テスト等定期試験合計
総合評価割合302050100
基礎的能力10201040
専門的能力2004060
分野横断的能力0000