到達目標
・ ガウスの定理を理解し、電束密度の計算ができる
・ 発散の概念を理解し、各座標系での計算ができる
・ エネルギーと電位の概念を理解する
・ 様々な形状の電荷により発生する電位の計算ができる
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) |
| 評価項目1 | ガウスの定理を理解し、電束密度の計算が充分にできる | ガウスの定理を理解し、電束密度の計算ができる | ガウスの定理を理解し、電束密度の計算ができない |
| 評価項目2 | 発散の概念を理解し、各座標系での計算が充分にできる | 発散の概念を理解し、各座標系での計算ができる | 発散の概念を理解し、各座標系での計算ができない |
| 評価項目3 | エネルギーと電位の概念を充分に理解する | エネルギーと電位の概念を理解する | エネルギーと電位の概念を理解できない |
| 評価項目4 | 様々な形状の電荷により発生する電位の計算が充分にできる | 様々な形状の電荷により発生する電位の計算ができる | 様々な形状の電荷により発生する電位の計算ができない |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
電気磁気学は19世紀にファラデーにより現象論として整備され、マクスウェルにより４つの方程式として数学的に体系化された。前期の基礎電気磁気学1の内容を元として、三次元の空間におけるガウスの定理の解析から、電束密度、電束密度の発散、エネルギーの解析、線積分による電位の計算など静電界における電気現象の概念の理解を目標とする。
授業の進め方・方法:
授業への取り組み姿勢(出席・態度) (10％)、
小テスト(10％)、
宿題(練習問題・演習)の解答状況(20％)、
定期試験の成績(60％)
を総合して評価する。50点以上(100点満点)を合格とする。
不合格者に対して再評価試験は1回実施する。追認試験も1回実施する
注意点:
電気磁気学は数学の概念を工学現象の説明に見事に反映することができる体系である。基礎的な事項を「覚える」ことも大切だが、内容を「理解する」ことと「使いこなす」ことが重要である。このためには練習問題や演習に普段から自ら積極的に取り組むことが大切である。また、段階的に進むため、前の部分をおろそかにすると理解が非常に難しくなる。試験前の徹夜の暗記勉強だけでは絶対にできないことを肝に銘じてほしい。逆に授業時間ごとに内容をしっかり把握し、自分のものとしておけば、自然に「優」の評価が得られると思う。
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 |
電束密度
電束と電束密度について、電界との関係から計算する手法を学ぶ |
電束と電束密度について、電界との関係から計算する手法を理解する
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| 2週 |
ガウスの定理
閉曲面の内部電荷と電束の関係を学ぶ |
閉曲面の内部電荷と電束の関係を理解する
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| 3週 |
対称的電荷分布
ガウスの定理を対称的な分布をした電荷に適用することにより電束密度・電界の計算を行う |
ガウスの定理を対称的な分布をした電荷に適用することにより電束密度・電界の計算ができる
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| 4週 |
体積素
微少体積素について、ガウスの定理の適用を行う |
微少体積素について、ガウスの定理の適用手法を理解する
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| 5週 |
発散
空間座標のベクトル演算のひとつ発散について解説する |
空間座標のベクトル演算のひとつ発散について理解する
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| 6週 |
マクスウェルの第1方程式
ガウスの定理から電束密度の発散が内部電荷になることを示す |
ガウスの定理から電束密度の発散が内部電荷になることを理解する
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| 7週 |
ベクトル演算子∇と発散の定理
デル演算子∇を用いて発散を表し、発散の定理を学習する |
デル演算子∇を用いて発散を表し、発散の定理を理解する
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| 8週 |
中間試験 |
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| 4thQ |
| 9週 |
点電荷を動かすエネルギーと線積分
電界中で点電荷を動かすのに必要なエネルギーについて解析し、各座標系における電界を線積分する手法を学ぶ |
電界中で点電荷を動かすのに必要なエネルギーについて解析し、各座標系における電界を線積分する手法を理解する
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| 10週 |
電位差と電位
電位差および電位の定義をエネルギーの概念から行う |
電位差および電位の定義をエネルギーの概念から理解する
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| 11週 |
点電荷による電位
点電荷が形成する電位差と電位の解析を行い、等電位面について定義する |
点電荷が形成する電位差と電位の解析を行い、等電位面についての定義を理解する
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| 12週 |
離散電荷による電位
様々な形状の電荷が形成する電位差と電位の計算手法を学ぶ |
様々な形状の電荷が形成する電位差と電位の計算手法を理解する
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| 13週 |
電位の勾配
電界と電位の関係をベクトル演算のひとつである勾配の概念によって解説する |
電界と電位の関係をベクトル演算のひとつである勾配の概念によって理解する
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| 14週 |
電気双極子
電気双極子を定義し、双極子による電位の計算を行う |
電気双極子を定義し、双極子による電位の計算手法を理解する
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| 15週 |
期末試験 |
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| 16週 |
演習 |
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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 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 電気・電子系分野 | 電磁気 | 磁性体と磁化及び磁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 | |
| ローレンツ力を説明できる。 | 3 | |
| 磁気エネルギーを説明できる。 | 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 | |
評価割合
| 授業への取り組み姿勢(出席・態度) | 小テスト | 定宿題(練習問題・演習)の解答状況 | 定期試験の成績 | 合計 |
| 総合評価割合 | 10 | 10 | 20 | 60 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 10 | 10 | 20 | 60 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |