2024年度学院等開講科目理学院物理学系

電磁気学II（講義）

開講元: 物理学系
担当教員: 村上修一
授業形態: 講義 (対面型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 火5-6 (W2-402(W242)) / 金5-6 (W2-402(W242))
クラス: -
科目コード: PHY.E212
単位数: 200
開講時期: 2024年度
開講クォーター: 3Q
シラバス更新日: 2025年3月17日
使用言語: 日本語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

マクスウェル方程式をもとに、真空中での電磁波解、電磁波の伝播、放射、散乱を扱う。また、電磁場に則した特殊相対論を導入し、電磁場中での電荷の運動、加速する電荷からの放射について説明する。
電磁場の物理は物理学および現代技術の基礎であり、また相対性原理や場は現代物理の理解のための重要な概念である。この講義はMaxwell方程式から出発して、電磁場の基礎および応用力を身につけさせるのがねらいである。

到達目標

マクスウェル方程式をもとに、その基礎と応用を多くの例を用いて理解する。特に真空中での電磁波解、電磁波の伝播、放射、散乱, また、電磁場に則した特殊相対論や、電磁場中での電荷の運動、加速する電荷からの放射を学ぶ。

キーワード

Maxwell方程式, 電磁波, 伝播, 放射, 散乱, 特殊相対性理論

学生が身につける力

専門力
教養力
コミュニケーション力
展開力 (探究力又は設定力)
展開力 (実践力又は解決力)

授業の進め方

板書により概念を説明する。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	Maxwell方程式、電磁場のエネルギーと運動量、Maxwell応力	Maxwell方程式、電磁場のエネルギーと運動量、Maxwell応力を理解する
第2回	電磁波の伝播、電磁場の平面波解、偏光、Helmholtz方程式と境界条件	空間中を伝播する電磁波の平面波解とその偏光状態、一般の場合のHelmholtz方程式と電磁場の境界条件を理解する
第3回	導波管、TE波、TM波、TEM波、位相速度と群速度	導波管中を伝播する電磁波を理解する
第4回	電磁波の回折、Fresnel‒Kirchhoffの公式、Fraunhofer回折、Fresnel回折	電磁波の回折現象を波動方程式から理解する
第5回	電磁ポテンシャルとゲージ変換、	Maxwell方程式を電磁ポテンシャルを用いて理解する
第6回	Coulomb ゲージ、Lorenzゲージ, Helmholtz方程式のGreen関数	Coulomb ゲージ、Lorenzゲージ, およびGreen 関数法によるHelmholtz方程式の解法を理解する
第7回	電気双極子放射, 磁気双極子放射	放射の例として双極子放射等を詳しく理解する
第8回	特殊相対性理論、Lorentz変換	特殊相対論の基礎概念を理解する
第9回	相対論的力学、反変ベクトルと共変ベクトル	相対論的力学、反変ベクトルと共変ベクトルを理解する
第10回	変分原理と電磁場の方程式	変分原理からMaxwell方程式を導出する
第11回	電磁場の正凖形式	電磁場の正準形式と保存則を理解する
第12回	運動する電荷からの電磁放射、Lienard‒Wiechertポテンシャル	運動する荷電粒子からの電磁波の放射を理解する
第13回	制動放射、シンクロトロン放射	加速された点電荷による電磁波の放射の例を理解する
第14回	電荷による電磁波の散乱	電荷による電磁波の散乱を理解する

準備学修(事前学修・復習)等についての指示

学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

講義で資料を配布する

参考書、講義資料等

理論電磁気学, 砂川重信, 紀伊國屋書店
電磁場の古典論, 岡真, 培風館
電磁気学の基礎II, 太田浩一, 東京大学出版会
場の古典論, ランダウ-リフシッツ, 東京図書
Classical Electrodynamics, J.D. Jackson, Wiley

成績評価の方法及び基準

電磁気学の基礎的な考え方やその応用に関する理解度を、レポート課題、あるいは期末試験により評価する。

履修の条件・注意事項

特になし。