概要:
ベクトル場とスカラ場を理解し、勾配・発散の計算と、電位・電界・電荷密度に関する計算方法を学ぶ。
ベクトルの回転を理解し計算を習得し、アンペールの法則とファラデーの法則を使った電磁界の計算方法を学ぶ。
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。
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。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
ガイダンス
ベクトル場とスカラ場 |
授業内容を理解する。
ベクトル場とスカラ場の特徴と表現法、ベクトルのスカラ積を理解し計算できる。
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| 2週 |
ベクトル量の線積分と保存場 |
ベクトルの線積分、スカラー場の勾配(grad)、電界Ｅの線積分が電位Ｖであることを理解し計算できる。
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| 3週 |
電位の和 |
電界と電位には重ねの理が成り立つことを理解し、計算できる。
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| 4週 |
電位の勾配
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演算子∇と電位の勾配(gradＶ)が電界Ｅであることを理解し、計算ができる。
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| 5週 |
面積分と電界の発散 |
ベクトルの面積分と発散(div)を理解し計算できる。
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| 6週 |
ガウスの発散定理 |
ガウスの発散定理と、ガウスの法則を理解し、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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| 2ndQ |
| 9週 |
試験返却・解説、テスト直し
ベクトル積、ベクトル三重積 |
自分が理解できていない点を再確認し、復習できる。
ベクトル積とベクトル三重積が計算できる。
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| 10週 |
回転とストークスの定理 |
回転(rot)の計算ができ、ストークスの定理を理解できる。
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| 11週 |
アンペールの法則と電流密度 |
アンペールの法則と電流密度を理解でき、計算できる。
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| 12週 |
電磁誘導 |
ファラデーの電磁誘導の法則、磁界と磁束密度の違いを理解し、計算できる。
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| 13週 |
電荷保存則と変位電流 |
電荷保存則と変位電流、補正されたアンペールの法則を理解し、計算できる。
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| 14週 |
マクスウェルの方程式 |
これまでの学習内容を振り返りマクスウェルの方程式が理解できる。
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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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| 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 | 数学 | 数学 | 数学 | ベクトルの定義を理解し、ベクトルの基本的な計算(和・差・定数倍)ができ、大きさを求めることができる。 | 3 | |
| 平面および空間ベクトルの成分表示ができ、成分表示を利用して簡単な計算ができる。 | 3 | |
| 平面および空間ベクトルの内積を求めることができる。 | 3 | |
| 問題を解くために、ベクトルの平行・垂直条件を利用することができる。 | 3 | |
| 三角関数・指数関数・対数関数の導関数を求めることができる。 | 3 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 磁界中の電流に作用する力を説明できる。 | 3 | |
| 磁性体と磁化及び磁束密度を説明できる。 | 3 | |
| 電磁誘導を説明でき、誘導起電力を計算できる。 | 3 | |
| 自己誘導と相互誘導を説明できる。 | 3 | |
| 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。 | 3 | |