1. ベクトルを用いたクーロン力、電場ベクトル、電気力線、電荷密度を正しく説明できる。
2. ガウスの法則およびベクトル場の微分・積分の重要公式を正しく説明できる。
3. 静電ポテンシャル、ポアソン方程式、静電場の求め方、静電場のエネルギー、電荷保存則を正しく説明できる。
4. 荷電粒子の運動、ビオ・サバールの法則、アンペールの法則、電磁誘導、変位電流・準定常電流、マクスウェル方程式を正しく説明できる。
概要:
現代社会にとって最も重要な学問の一つである電磁気学の基礎理論を学ぶ。同時に、抽象的な電場・磁場の概念の数学的記述に慣れ、論理的に問題を解決する能力の習得を目標とする。
授業の進め方・方法:
必要に応じて演習を取り入れつつ、講義形式で進める。
注意点:
【成績評価の基準・方法】
試験の成績を70%、平素の学習状況等（課題・小テスト・レポート等を含む）を30%の割合で総合的に評価する。学期毎の評価は中間と期末の各期間の評価の平均、学年の評価は前学期と後学期の評価の平均とする。なお、通年科目における後学期中間の評価は前学期中間、前学期末、後学期中間の各期間の評価の平均とする。技術者が身につけるべき専門基礎として、到達目標に対する達成度を試験等において評価する。
【事前・事後学習】
事前学習として、教科書の該当部分を読み、予習すること。また、事後学習として、授業中に理解できなかった部分を復習すること。加えて、適宜課す課題に取り組むこと。
【履修上の注意】
この科目を履修するにあたり、1〜2年の数学及び物理科目の内容を十分に理解しておくこと。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
電磁気学の概要とベクトルの基礎について学ぶ |
スカラー量とベクトル量の違いについて説明できる。
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| 2週 |
クーロンの法則のベクトル表現について学ぶ |
クーロンの法則のベクトル表現および重ね合わせの原理について説明できる。
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| 3週 |
線積分・面積分・体積積分について学ぶ |
線積分・面積分・体積積分の物理的意味について説明できる。
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| 4週 |
電場および電気力線と、クーロンの法則の関係について学ぶ (1) |
電場と電気力線の定義について説明できる。
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| 5週 |
電場および電気力線と、クーロンの法則の関係について学ぶ (2) |
静電場とクーロンの法則に関連する基本問題を計算できる。
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| 6週 |
偏微分について学ぶ |
偏微分に関連する基本問題を計算できる。
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| 7週 |
ガウスの発散定理について学ぶ |
ガウスの発散定理について説明できる。
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| 8週 |
前期中間試験 |
前期第1週から第7週の内容に関連する様々な問題を解くことができる。
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| 2ndQ |
| 9週 |
ガウスの法則について学ぶ |
ガウスの法則について説明できる。
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| 10週 |
静電ポテンシャルについて学ぶ |
静電ポテンシャルについて説明できる。
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| 11週 |
静電ポテンシャルと電場の関係について学ぶ |
静電ポテンシャルと電場の関係について説明できる。
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| 12週 |
ストークスの回転定理について学ぶ |
ストークスの回転定理について説明できる。
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| 13週 |
静電場の基本法則とポアソン方程式について学ぶ |
静電場の基本法則とポアソン方程式について、関連する基本問題を計算できる。
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| 14週 |
静電場のエネルギーについて学ぶ (1) |
点電荷による静電場のエネルギーについて説明できる。
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| 15週 |
静電場のエネルギーについて学ぶ (2) |
分布する電荷による静電場のエネルギー、および単位体積当たりの静電エネルギーについて説明できる。
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| 16週 |
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
定常電流について学ぶ (1) |
定常電流の保存則および微分型のオームの法則について説明できる。
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| 2週 |
定常電流について学ぶ (2) |
微分型のジュールの法則および自由電子のドルーデモデルについて説明できる。
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| 3週 |
アンペール力とローレンツ力について学ぶ |
アンペール力とローレンツ力の関係について、関連する基本問題を計算できる。
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| 4週 |
ビオ・サバールの法則について学ぶ |
ビオ・サバールの法則について説明できる。
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| 5週 |
磁場の発散とアンペールの法則について学ぶ |
磁場の発散と回転について説明できる。
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| 6週 |
時間変動する電磁場について学ぶ |
電磁誘導の法則、アンペール・マクスウェルの法則について説明できる。
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| 7週 |
マクスウェル方程式について学ぶ |
これまでの内容を振り返り、マクスウェル方程式について説明できる。
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| 8週 |
後期中間試験 |
後期第1週から第7週の内容に関連する様々な問題を解くことができる。
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| 4thQ |
| 9週 |
発電機の原理と円環電流がつくる磁場について学ぶ |
発電機の原理および円環電流がつくる磁場について説明できる。
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| 10週 |
ソレノイドがつくる磁場について学ぶ |
ソレノイドがつくる磁場と自己インダクタンスを計算できる。
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| 11週 |
磁場のエネルギーについて学ぶ |
コイルが蓄えるエネルギーと磁場のエネルギーについて説明できる。
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| 12週 |
RL直列回路の過渡現象について学ぶ |
RL直列回路の過渡現象について説明できる。
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| 13週 |
RLC直列回路のインピーダンスについて学ぶ |
RLC直列回路のインピーダンスを説明できる。
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| 14週 |
準定常電流について学ぶ |
準定常電流について説明できる。
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| 15週 |
授業内容の総まとめをする |
これまでの全ての内容を振り返り、要約ができる。
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| 16週 |
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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 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 電気・電子系分野 | 電気回路 | 抵抗、インダクタンス、キャパシタンス回路の過渡応答を計算し、特徴を説明できる。 | 3 | 後12,後13,後15 |
| 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 | 前1,前2,前3,前4,前5,前8,後15 |
| 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 | 前3,前4,前5,前8,前9,前10,前11,前12,前13,前14,前15,後7,後14,後15 |
| 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。 | 4 | 前3,前6,前7,前8,前9,前10,前11,前12,前13,後7,後8,後15 |
| 静電エネルギーを説明できる。 | 3 | 前14,前15,後15 |
| 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。 | 4 | 後1,後2,後4,後8,後15 |
| 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。 | 4 | 後1,後2,後5,後7,後8,後14,後15 |
| 磁界中の電流に作用するローレンツ力を説明できる。 | 4 | 後1,後2,後3,後8,後15 |
| 電磁誘導を説明でき、誘導起電力を計算できる。 | 4 | 後6,後7,後8,後9,後10,後15 |
| 自己誘導と相互誘導を説明できる。 | 3 | 後9,後10,後15 |
| 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 | 後9,後10,後11,後15 |
| 磁気エネルギーを説明できる。 | 3 | 後11,後15 |