電磁気学にかかわる物理量の定義及び法則を正しく理解し,電磁気現象を正しく把握できる。それに基づき電磁気の問題を解決でき,さらにそれを簡単な問題に応用できるようにする。
概要:
本講義ではまず電磁気学で重要な役割を担うベクトル解析,線・面・体積積分,微分方程式と波動論など数学的な計算力を簡潔に解説する。それから目に見えない電界と磁界の概念を導入し,ベクトル解析など数学知識に基づき電磁気学の重要な概念,法則,現象などの定性的かつ定量的に理解する。そこで,クーロンの法則に基づく静電界と力,ガウスの法則に基づく電界,電位等,アンペアの法則とビオ・サバールの法則に基づく磁界,磁界中の電流(電荷)に作用する力等について学習し,電磁気学の「静電気」と「静磁気」における諸現象の理論的な理解を深める。また,時間的に変化する磁界と電界の振る舞いを学び,変位電流と物質中のマクスウェルの方程式を導出し,電磁波伝搬などの電磁界現象を説明する。
授業の進め方・方法:
座学と練習で組み合わせで進み、また小テストで理解度を確認する。
注意点:
・3学年の物理IIの内容は既知とする。
・ベクトル解析,線・面・体積積分,微分方程式と波動論を予習または復習すること。
・テキストを自分でしっかり読んで予習・復習する習慣を養うこと。
・数式を暗記するのではなく,その意味を視覚的にとらえることにより確実に理解し,物理現象との対応を確認する習慣をつけること。
・電磁気学に関する概略を理解できるように努めること。
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 | 電気回路 | 電荷と電流、電圧を説明できる。 | 4 | |
オームの法則を説明し、電流・電圧・抵抗の計算ができる。 | 4 | |
キルヒホッフの法則を用いて、直流回路の計算ができる。 | 4 | |
合成抵抗や分圧・分流の考え方を用いて、直流回路の計算ができる。 | 4 | |
重ねの理を説明し、直流回路の計算に用いることができる。 | 3 | |
ブリッジ回路を計算し、平衡条件を求められる。 | 3 | |
電力量と電力を説明し、これらを計算できる。 | 3 | |
正弦波交流の特徴を説明し、周波数や位相などを計算できる。 | 3 | |
平均値と実効値を説明し、これらを計算できる。 | 3 | |
正弦波交流のフェーザ表示を説明できる。 | 3 | |
R、L、C素子における正弦波電圧と電流の関係を説明できる。 | 3 | |
瞬時値を用いて、簡単な交流回路の計算ができる。 | 3 | |
フェーザを用いて、簡単な交流回路の計算ができる。 | 3 | |
インピーダンスとアドミタンスを説明し、これらを計算できる。 | 3 | |
正弦波交流の複素表示を説明し、これを交流回路の計算に用いることができる。 | 3 | |
キルヒホッフの法則を用いて、交流回路の計算ができる。 | 3 | |
合成インピーダンスや分圧・分流の考え方を用いて、交流回路の計算ができる。 | 3 | |
網目電流法や節点電位法を用いて交流回路の計算ができる。 | 3 | |
重ねの理やテブナンの定理等を説明し、これらを交流回路の計算に用いることができる。 | 3 | |
直列共振回路と並列共振回路の計算ができる。 | 3 | |
相互誘導を説明し、相互誘導回路の計算ができる。 | 3 | |
理想変成器を説明できる。 | 3 | |
交流電力と力率を説明し、これらを計算できる。 | 3 | |
RL直列回路やRC直列回路等の単エネルギー回路の直流応答を計算し、過渡応答の特徴を説明できる。 | 3 | |
RLC直列回路等の複エネルギー回路の直流応答を計算し、過渡応答の特徴を説明できる。 | 3 | |
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 | |
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 | |
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。 | 3 | |
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。 | 3 | |
誘電体と分極及び電束密度を説明できる。 | 3 | |
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 | |
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 | |
静電エネルギーを説明できる。 | 3 | |
電流が作る磁界をビオ・サバールの法則およびアンペールの法則を用いて説明でき、簡単な磁界の計算に用いることができる。 | 3 | |
電流に作用する力やローレンツ力を説明できる。 | 3 | |
磁性体と磁化及び磁束密度を説明できる。 | 3 | |
電子回路 | ダイオードの特徴を説明できる。 | 2 | |
バイポーラトランジスタの特徴と等価回路を説明できる。 | 2 | |
FETの特徴と等価回路を説明できる。 | 2 | |
利得、周波数帯域、入力・出力インピーダンス等の増幅回路の基礎事項を説明できる。 | 1 | |
トランジスタ増幅器のバイアス供給方法を説明できる。 | 1 | |
演算増幅器の特性を説明できる。 | 1 | |
反転増幅器や非反転増幅器等の回路を説明できる。 | 1 | |