各種の電気現象が，導体や誘電体にどのように作用するのか，直感的に理解できる．また，それらの物理現象を述べた数式の把握ができる．基本的な問題について，その解を得ることができる．
概要:
電磁気学のうち，静電界に関する基本的な現象の考え方，取り扱いについて述べる．クーロンの法則に始まり，電界，電位を定義し，各種条件下でこれらを求める．電気の基本的な素子である静電容量についてその定義を述べ，具体的な静電容量を求める．真空中だけでなく，誘電体内で電界がどのように変化するのかを述べる．電気の基本となる量である，電流について定義を述べ，オームの法則など基本的な法則を説明する．
授業の進め方・方法:
課題提出による平常点を10％，定期試験，中間試験90％で評価する．課題は，期限までに提出し，課題すべてに解答したものを評価対象とする．課題の提出期限は，その都度指定する．平常と試験を総合して60％以上で合格とする．授業は講義およびグループワークで行う．
注意点:
電気磁気学は，電気・電子工学の基礎となる科目である．数式の取り扱いも大事であるが，物理現象を式で表したものなので，おおもととなる物理現象そのものをよく理解するように努めて欲しい． 新しい概念や取り数式の扱いが多いため，本気で学習しないと理解できません．4年生の電気磁気学で習う磁界と時間変化を有する電磁界の基礎となる部分なので，しっかり勉強し理解すること．授業時間数は９０分×３０コマとする。この科目では、レポート課題などで３０時間の自学自習を課す。
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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 |
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| 2週 |
電荷
物質の電気的性質
静電誘導
クーロンの法則 |
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。
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| 3週 |
電界
複数個の点電荷による電界
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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。
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| 4週 |
電気力線
電気力線の密度と電界の強さ
電束と電束密度 |
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。
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| 5週 |
ガウスの法則 |
ガウスの法則を説明でき、電界の計算などに用いることができる。
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| 6週 |
ガウスの法則 |
ガウスの法則を説明でき、電界の計算などに用いることができる。
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| 7週 |
演習 |
第1週～第6週までの内容を演習によって確認し、内容を理解できる。
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| 8週 |
前期中間試験 |
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| 2ndQ |
| 9週 |
答案返却 |
答案を確認し、自分が間違った箇所と理由を理解できる。
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| 10週 |
電界中で電荷を移動するのに要する仕事
電位
電位差
電位の傾き |
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。
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。
ガウスの法則を説明でき、電界の計算などに用いることができる。
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| 11週 |
電気力線と等電位面
ベクトルの回転
ストークスの定理 |
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。
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。
ガウスの法則を説明でき、電界の計算などに用いることができる。
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| 12週 |
静電界の保存性
ラプラスの方程式
ポアソンの方程式 |
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。
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。
ガウスの法則を説明でき、電界の計算などに用いることができる。
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| 13週 |
各座標系の勾配
各座標系の回転
各座標系のラプラシアン |
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。
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。
ガウスの法則を説明でき、電界の計算などに用いることができる。
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| 14週 |
演習 |
第9週～第13週までの内容を演習によって確認し、理解を深める。
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| 15週 |
前期定期試験 |
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| 16週 |
答案返却および解説 |
答案を確認し、自分が間違った箇所と理由を理解できる。
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
電気双極子 |
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。
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。
ガウスの法則を説明でき、電界の計算などに用いることができる。
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| 2週 |
一様に帯電した電界 |
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。
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。
ガウスの法則を説明でき、電界の計算などに用いることができる。
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| 3週 |
導体の電荷分布と電界
導体表面に働く力 |
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。
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| 4週 |
静電容量
静電容量の計算 |
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。
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| 5週 |
電位係数
容量係数 |
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。
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| 6週 |
電気影像法 |
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。
誘電体と分極、及び、電束密度を説明できる。
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| 7週 |
演習 |
第1週～第6週までの内容を演習によって確認し、内容を理解を深める。
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| 8週 |
後期中間試験 |
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| 4thQ |
| 9週 |
答案返却および解説 |
答案を確認し、自分が間違った箇所と理由を理解できる。
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| 10週 |
コンデンサの接続
静電容量に蓄えられるエネルギー
電界に蓄えられるエネルギー密度
平行平板コンデンサの電極間に働く力 |
静電容量の接続を説明し、その合成静電容量を計算できる。
静電エネルギーを説明できる。
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| 11週 |
誘電体
誘電体の分極
誘電体中の電界 |
誘電体と分極、及び、電束密度を説明できる。
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| 12週 |
誘電体中の電束密度と電界の強さ
誘電体中の電荷完に働く電気力 |
誘電体と分極、及び、電束密度を説明できる。
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| 13週 |
２種類の誘電体の境界面におけるＤとＥ
誘電体中に蓄えられるエネルギー
誘電体を満たした平行平板コンデンサの電極間に働く力 |
誘電体と分極、及び、電束密度を説明できる。
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| 14週 |
演習 |
第9週～第13週までの内容を演習によって確認し、内容を理解できる。
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| 15週 |
後期期末試験 |
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| 16週 |
答案返却および解説 |
答案を確認し、自分が間違った箇所と理由を理解できる。
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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 | 自然科学 | 物理 | 電気 | 導体と不導体の違いについて、自由電子と関連させて説明できる。 | 3 | |
| 電場・電位について説明できる。 | 3 | |
| クーロンの法則が説明できる。 | 3 | |
| クーロンの法則から、点電荷の間にはたらく静電気力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。 | 4 | 前1,前2,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14,前16,後1,後2,後7,後9 |
| 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7,前9,前10,前11,前12,前13,前14,前16,後1,後2,後7,後9,後16 |
| 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5,前6,前7,前9,前10,前11,前12,前13,前14,前16,後1,後2,後7,後9,後16 |
| 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。 | 4 | 後3,後6,後7,後9 |
| 誘電体と分極及び電束密度を説明できる。 | 4 | 後3,後7,後9,後11,後12,後13,後14 |
| 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 | 後4,後5,後7,後10,後14 |
| 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 | 後10,後14 |
| 静電エネルギーを説明できる。 | 4 | 後10 |