2024年度学院等開講科目理学院地球惑星科学系

電磁気学（地惑）

開講元: 地球惑星科学系
担当教員: 奥住聡 / 田中圭 / 冨永遼佑
授業形態: 講義/演習 (対面型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 月5-8 (理学院地球惑星科学系, 石川台2号館, 318室) / 木5-8 (理学院地球惑星科学系, 石川台2号館, 318室)
クラス: -
科目コード: EPS.B212
単位数: 220
開講時期: 2024年度
開講クォーター: 4Q
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

本授業では電磁気学の基礎方程式であるマクスウェル方程式から出発し、静電磁気学、物質中の電磁気学、電磁波の伝搬と放射、特殊相対論の基礎を習得する。

電磁気学の諸概念は地球惑星科学の学修・研究のために必須である。本講義では、マクスウェル方程式を用いて、具体的な電磁気学的現象を理解することを目的とする。

到達目標

本授業を履修することによって次の能力を習得する。
1) 微分型で表現された電磁場の方程式の物理的意味を説明できる
2) 具体的な電荷分布、電流分布がつくる静電磁場を求めることができる
3) 物質中の電磁気学の概念を説明でき、具体的な問題を解くことができる
4) マクスウェル方程式を用いて電磁波の伝搬と放射を計算することができる
5) 異なる慣性系における電磁場の関係をローレンツ変換によって求めることができる

キーワード

電場、電位、ガウスの法則、ポアソン方程式、電気双極子、磁場、ベクトルポテンシャル、アンペールの法則、磁気双極子、電磁誘導、変位電流、電磁場のエネルギー、マクスウェル方程式、電磁波、誘電体、磁性体、ローレンツ変換

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

講義を進めながら適宜、演習問題を解く時間を与える。各演習問題の解答は希望者に発表してもらう。宿題も課す。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	電磁気学で使う数学 (ベクトル解析など)	ベクトル場の発散・回転、および保存則の微分表示を理解する
第2回	静電気学 (1): 静電場の基礎方程式	電場、ガウスの法則、電位、ポアソン方程式を理解する
第3回	静電気学 (2): 遠方の電場、電気双極子、静電エネルギー	電気双極子と電荷の集団の持つエネルギーを理解する
第4回	静電気学 (3): 誘電体	分極、誘電率を理解する
第5回	静磁気学 (1): 静磁場の基本方程式	磁場、アンペールの法則、ベクトルポテンシャルを理解する
第6回	静磁気学 (2): 遠方の磁場、磁場双極子、ローレンツ力	磁気双極子と閉じた電流の対応、および荷電粒子が磁場から受ける力を理解する
第7回	静磁気学 (3): 磁性体	磁化、透磁率を理解する
第8回	時間変化する電磁場 (1): 電磁誘導	電磁誘導とファラデーの法則を理解する
第9回	時間変化する電磁場 (2): 変位電流, 電磁場のエネルギー	マクスウェル・アンペールの法則と電磁場のエネルギーを理解する
第10回	電磁波 (1): 真空中の伝播	マクスウェル方程式から電磁波が導かれることを理解する
第11回	電磁波 (2): 電磁波の放射	電磁ポテンシャル、遅延ポテンシャルを理解する
第12回	電磁波 (3): 物質中の電磁波	物質中での電磁波の伝播、反射、透過を理解する
第13回	特殊相対論 (1): ローレンツ変換	同時性の相対性、時間の進みの遅れ、ローレンツ収縮を理解する
第14回	特殊相対論 (2): 電磁気学への応用	電荷密度、電流密度、電磁場のローレンツ変換を理解する

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）をそれぞれ本学の学修規程で定められた時間を目安に行う。

教科書

なし。毎回の授業で講義ノートを配布する。

参考書、講義資料等

ファインマン(著), 宮島龍興(翻訳)『ファインマン物理学〈3〉電磁気学』岩波書店, ISBN-13: 978-4000077132

成績評価の方法及び基準

授業中の演習、宿題、演習発表、課題レポート（または期末試験）により評価する。最低1回の演習発表を単位認定の必要条件とする。

履修の条件・注意事項

電磁気学基礎1,2、物理数学Aの履修を前提とする。