到達目標
評価項目1 抵抗を直列接続、及び並列接続したときの合成抵抗の値を求めることができる
評価項目2 ジュール熱や電力を求めることができる
評価項目3 ベクトルポテンシャルの概念を理解する。
評価項目4 抵抗体・誘電体の特性について理解し、それぞれにおける電磁界の計算方法を学ぶ。評価項目5 電場・電位について説明できる。
評価項目5 MAXWELLの方程式が動的な電磁気学の体系を表現することを理解し、同方程式を演算して電磁波の性質が説明できることを理解する。
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 | 抵抗を直列接続、及び並列接続したときの合成抵抗の値を求めることができる | 抵抗を直列接続、及び並列接続したときの合成抵抗の値を求める方法がわかる。 | 抵抗を直列接続、及び並列接続したときの合成抵抗の値を求めることができない。 |
| 評価項目2 | ジュール熱や電力を求めることができる | ジュール熱や電力を求める方法がわかる。 | ジュール熱や電力を求めることができない。 |
| 評価項目3 | ベクトルポテンシャルの概念を理解する。 | ベクトルポテンシャルの概念を思い出すことができる。 | ベクトルポテンシャルの概念を理解できない。 |
| 評価項目4 | 抵抗体・誘電体の特性について理解し、それぞれにおける電磁界の計算方法を学ぶ。 | 抵抗体・誘電体の特性について理解できるが、それぞれにおける電磁界の計算ができない。 | 抵抗体・誘電体の特性について理解できない。 |
| 評価項目5 | MAXWELLの方程式が動的な電磁気学の体系を表現することを理解し、同方程式を演算して電磁波の性質が説明できることを理解する。 | MAXWELLの方程式が動的な電磁気学の体系を表現することを理解できるが、同方程式を演算して電磁波の性質が説明できない。 | MAXWELLの方程式が動的な電磁気学の体系を表現することを理解できない。 |
学科の到達目標項目との関係
準学士課程(R5までのDP) R5までDP_4 電気電子工学分野の基礎・専門的な知識・技術やその応用力の修得
JABEE B-2 専門分野の知識と能力
教育方法等
概要:
ベクトルポテンシャルの概念を理解する。
抵抗体・誘電体の特性について理解し、それぞれにおける電磁界の計算方法を学ぶ。
MAXWELLの方程式が動的な電磁気学の体系を表現することを理解し、同方程式を演算して電磁波の性質が説明できることを理解する。
この科目は，研究機関において高温プラズマ閉じ込め装置の磁場構造設計およびその運用に従事していた教員がその経験を生かし，電磁気学の基礎について講義形式で授業を行うものである。
授業の進め方・方法:
教科書に沿って、板書を用いて授業を行う。
授業内容を理解・習得するため演習問題も適宜行う。
事後学習として演習課題を課す。授業で配布したプリントの演習を3回演習することを課す。1回目は答えを見て解く、2回目は答えを見ずに解く、3回目は試験と思って解くを課す。
注意点:
電気電子工学の学問体系の根幹となる科目であり、その本質を深く理解することが求められる。したがって、諸法則の計算手法を学ぶだけではなく、その物理的内容を深く掘り下げ、電磁現象の理論とイメージの両方を把握することが必要である。
不明な点はそのままにせず、授業内外を問わず積極的に質問すること。
授業の属性・履修上の区分
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
オームの法則、抵抗率と導電率
境界条件 |
電気磁気学におけるオームの法則を理解し、抵抗率と導電率を計算できる。
電界、電流密度の境界条件を理解し、計算できる。
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| 2週 |
ベクトルポテンシャル
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ベクトルポテンシャルが理解でき、計算できる。
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| 3週 |
ビオサバールの法則
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ベクトルポテンシャルを用いてビオサバールの法則が導ける
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| 4週 |
分極と分極ベクトル |
物質中の分極、電界と電束密度と分極の関係を理解できる。
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| 5週 |
分極率と誘電率
クラウジウス・モソチの式 |
電界と電束密度の境界条件を用いて誘電率と分極率を計算できる。
クラウジウス・モソチの理論が理解できる
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| 6週 |
静電容量 |
容量係数、誘導係数を理解し、複数の導体間の静電容量を計算できる。
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| 7週 |
演習 |
これまでの学習内容の理解を深め、各種問題の計算ができるようにする。
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| 8週 |
中間試験 |
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| 4thQ |
| 9週 |
試験返却・解説、テスト直し
電力、ジュール熱、静電エネルギー、磁気エネルギー、仮想変位 |
各種エネルギーを理解し、エネルギー密度が計算できる。
仮想変位とエネルギーから誘電体や磁性体に働く力を計算できる。
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| 10週 |
電磁誘導、電磁力 |
マクスウェルの方程式の電磁誘導の項を説明できる。電磁力を理解でき計算できる。
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| 11週 |
自己・相互インダクタンス、発電機、変圧器 |
自己・相互インダクタンスが導ける。
発電機、変圧器の仕組みがわかる。
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| 12週 |
変位電流、電磁波(1) |
マクスウェルの方程式の変位電流の項を説明できる。
マクスウェルの方程式から電磁波の波動方程式を導出できる。
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| 13週 |
電磁波(2)、ポインティングベクトル |
波動方程式から電磁波の速度、波長、電磁インピーダンスが計算できる。
ポインティングベクトルを理解し、電力の流れを示すことができる。
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| 14週 |
演習 |
これまでの学習内容の理解を深め、各種問題の計算ができるようにする。
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| 15週 |
定期試験 |
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| 16週 |
試験返却と解説 |
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モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標
| 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 |
| 基礎的能力 | 自然科学 | 物理 | 電気 | 抵抗を直列接続、及び並列接続したときの合成抵抗の値を求めることができる。 | 3 | 後1 |
| ジュール熱や電力を求めることができる。 | 3 | 後6 |
| 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。 | 3 | 後4,後5 |
| 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 | 後4,後5 |
| 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 | 後4,後5 |
| 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 | 後1 |
| 誘電体と分極及び電束密度を説明できる。 | 3 | 後3,後4,後5 |
| 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。 | 3 | 後3,後4,後5,後9 |
| 静電エネルギーを説明できる。 | 3 | 後6,後9 |
| 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。 | 3 | 後2 |
| 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。 | 3 | 後2 |
| 磁界中の電流に作用する力を説明できる。 | 3 | 後10,後11 |
| ローレンツ力を説明できる。 | 3 | 後10,後11 |
| 磁性体と磁化及び磁束密度を説明できる。 | 3 | 後11 |
| 磁気エネルギーを説明できる。 | 3 | 後10,後11 |
| 電磁誘導を説明でき、誘導起電力を計算できる。 | 3 | 後10,後11 |
評価割合
| 試験 | 課題 | 合計 |
| 総合評価割合 | 80 | 20 | 100 |
| 評価項目1 | 10 | 4 | 14 |
| 評価項目2 | 10 | 4 | 14 |
| 評価項目3 | 20 | 4 | 24 |
| 評価項目4 | 20 | 4 | 24 |
| 評価項目5 | 20 | 4 | 24 |