2025年度 (最新) 学院等開講科目 物質理工学院 材料系
電気学
- 開講元
- 材料系
- 担当教員
- 北本 仁孝 / 真島 豊
- 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1-2 (SL-101(S011)) / 金1-2 (SL-101(S011))
- クラス
- -
- 科目コード
- MAT.A201
- 単位数
- 200
- 開講時期
- 2025年度
- 開講クォーター
- 2Q
- シラバス更新日
- 2025年3月28日
- 使用言語
- 日本語
シラバス
授業の目的（ねらい）、概要
材料系の学生にとって、電気・電子材料を扱う際に必須となる電気の基礎を学びます。電気や磁気に関する電磁気的現象、電気・電子回路を理解することは、半導体、誘電体、磁性体などの電気・電子材料やそれらを用いた固体デバイスだけでなく、電気化学に基づく電池や化学センサなど溶液中の電極反応を伴うデバイスにおいても重要です。コンデンサーやコイルについては、電荷と電界との関係、電流と磁界との関係などの電磁気的現象と電気回路を構成する際の素子の特性とを関連させて講義します。電磁気学については電磁波の発生や性質、電気・電子回路については半導体を用いたダイオードと整流回路、トランジスタと増幅回路までを対象とします。
到達目標
【到達目標】 本講義を履修することによって、物理学の基礎である電磁気学と電気・電子回路を理解するための考え方、計算の仕方を身につけることを到達目標とします。
【テーマ】 電磁気学、電気・電子回路の基本的内容として、電荷と電界の関係する現象、電流と磁界の関係する現象を学び、それらが交流電気回路の中でコンデンサーやコイルとして機能する素子になることを理解するとともに、回路のインピーダンスや電力を計算できるようにすることが本講義の目的です。さらに交流回路における共振、電気振動、電磁波に加え、半導体と半導体素子を用いた電子回路の基礎についても理解し、身につけます。
キーワード
電磁気学、電気電子回路、コンデンサ、インダクタ
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
トピックスは毎回異なります。毎回講義と共に演習を行います。
授業計画・課題
| 授業計画 | 課題 | |
|---|---|---|
| 第1回 | クーロンの法則、電界、電界分布 | 電磁気学の基礎である、クーロンの法則、電界、電界分布を理解する。 |
| 第2回 | ガウスの法則、静電界、電位 | 電荷から出る電束が作る静電界、電位を表すガウスの法則を理解する。 |
| 第3回 | 導体、ラプラス・ポアソンの方程式、境界条件 | 導体上に電荷がある場合と無い場合の静電界を与えるラプラス・ポアソン方程式を理解し、境界条件を入れて解けるようにする。 |
| 第4回 | 誘電体と静電界 | 絶縁性の材料からなる誘電体の物性と誘電体内に形成される静電界を理解する。 |
| 第5回 | 静電エネルギーと力 | コンデンサーに蓄えられるエネルギーに相当する静電エネルギーと電荷に加わる静電気力を理解する。 |
| 第6回 | 静磁界、アンペールの法則、ビオーサバールの法則 | 定常電流が形成する静磁場、電流の流れる方向を右ネジの進む方向として、右ネジの回る方向に磁場が生じることを示すアンペールの法則、電流の周りに生じる磁場を与えるビオーサバールの法則について理解する。 |
| 第7回 | 時間的に変化する場、電磁誘導、変位電流、電磁波 | 時間的に変化する場として、磁束が時間的に変化する際に導体に生じる電位差を表す電磁誘導、電束密度が時間的に変化する際に発生する電流を表す変位電流について理解する。また、空間の電場と磁場の変化により形成される波である電磁波を理解する。 |
| 第8回 | 直流回路、オームの法則、キルヒホッフの法則 | オームの法則、キルヒホッフの法則を学びながら、直流回路の基本を理解する。 |
| 第9回 | 交流回路の基礎と回路素子、リアクタンス | 交流回路の基礎を、回路を構成する回路素子と交流回路の抵抗に相当するリアクタンスを学びながら、理解する。 |
| 第10回 | 交流回路の計算法（１） オイラーの公式、回路のインピーダンス | オイラーの公式と回路のインピーダンスを学びながら、交流回路の計算方法を修得する。 |
| 第11回 | 交流回路の計算法（２） インピーダンス解析、周波数応答線図 | 交流回路解析の一つとして、インピーダンスの周波数応答解析について修得する。 |
| 第12回 | 交流回路の計算法（３） 電極反応における等価回路、誘電分散の基礎 | 交流回路計算法を学ぶための例として電極反応の等価回路、物質の誘電分散の基礎を計算を通して修得する。 |
| 第13回 | 交流電力、共振 | 交流回路において消費される電力と共振回路について理解する。 |
| 第14回 | DC-DCコンバータの基礎と電子デバイス | 半導体、インダクタ、キャパシタなどの電子デバイスを使った回路としてDC-DCコンバータととりあげ、その動作原理やデバイスの機能を理解する。 |
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
指定しない。
参考書、講義資料等
指定しない。
成績評価の方法及び基準
電磁気学、電気・電子回路に関する理解度を評価する。期末試験（70％）、演習（30％）で成績を評価する。
関連する科目
- MAT.A203 ： 材料量子力学
- MAT.A204 ： 材料熱力学
- MAT.C308 ： 連続体力学
- MAT.P302 ： 光学
履修の条件・注意事項
履修条件は特に設けないが，関連する科目を履修していることが望ましい。