電磁場と電磁波
担当教員
授業の到達目標及びテーマ
前期に開講する「電気と磁気」の続編として、電場と磁場、電磁波の諸性質について学びます。偏微分を用いた数学的な式に慣れるところから開始し、これらを用いて議論を進めます。
授業の概要と方法
課題となる問題集を配布し解答を解説します。
授業計画
| 回 | テーマ | 内容 |
|---|---|---|
| 1 | ∇f | ・スカラー場とベクトル場 ・偏微分 ・スカラー場の勾配 |
| 2 | ∇・F ∇xF | ・ベクトル場の発散 ・ベクトル場の回転 |
| 3 | 電荷保存則 | ・電流密度ベクトル ・面を表すベクトル ・発散定理 ・保存則を表す微分方程式 |
| 4 | クーロンの法則 | ・ガウスの法則 ・電場の発散と電荷密度 ・点電荷とδ関数 |
| 5 | 静電ポテンシャル | ・静電ポテンシャルが従う微分方程式 ・ラプラス方程式 ・ポアソン方程式 |
| 6 | アンペールの法則 | ・ストークスの法則 ・磁場が従う微分方程式 |
| 7 | ベクトルポテンシャル | ・ベクトル場の源 ・ヘルムホルツの定理 ・静電場と静磁場を与えるポテンシャル |
| 8 | アンペール・マクスゥエルの法則と電磁誘導の法則 | ・電磁場を与えるポテンシャル ・クーロンゲージとローレンツゲージ |
| 9 | マクスゥエル方程式 | 電磁気現象を表す式のまとめ |
| 10 | 波動方程式 | ・波を数学的に表す方法 ・1次元の波と平面波 ・球面波 ・波の位相速度 |
| 11 | 電磁波の存在 | 電磁波が従う波動方程式 |
| 12 | 電磁波の性質 | ・真空中の速さ ・横波と偏光 ・EとBの関係 ・ホイヘンスの原理、干渉、回折、反射、屈折 |
| 13 | 電磁波の発生 | ・荷電粒子の加速度運動 ・光源の種類と発光の原理 ・金属反射 ・誘電体界面での反射 |
| 14 | 電磁波のスペクトルと分散 | ・電磁波の振動数 ・各スペクトル域と応用 ・屈折率と分散 |
| 15 | 交流理論 | ・準定常状態とマクスゥエル方程式の近似 ・交流回路 |
授業外に行うべき学習活動
担当教員が指定する予習と復習の課題
テキスト
東京化学同人、 大学生のための基礎シリーズ4、物理学入門 II .電磁気学 (狩野、市村共著)
参考書
http://cis.k.hosei.ac.jp/~kano を参照。成績評価基準
レポートと小テストの評点(50%)、期末試験(50%)の総点で評価します。
前年度の授業改善アンケートからの気づき
偏微分法に強くなりそうです。