電磁気学(2008年)講義録

2008年度の琉球大学理学部物質地球科学科物理系の講義「電磁気学I」(前期)および「電磁気学II」(後期)の講義録です。1回の講義(金曜日3限)ごとにその日の内容をまとめて夜に更新します。

前期(電磁気学I)のシラバスはこちら

後期(電磁気学II)のシラバスはこちら

赤字で書かれているのは授業中などに追加したコメントなどです。緑字は学生からの質問など。その日の授業の最後には感想や質問を書いてもらいますが、その内容およびそれに対する解答を各日の講義録の最後につけます。

昨年の講義録は電磁気学2007年度を見てください。

2008年度前期のテキストをPDFファイルにまとめました。(2008年度電磁気学講義録前期分PDF

2008年度後期のテキストをPDFファイルにまとめました。(2008年度電磁気学講義録後期分PDF

2008.4.18 第1回

#  第0章 電磁気学の歴史とその意義
   * 0.1 電気と磁気はどのように発見されたか
   * 0.2 電磁気学の発展
   * 0.3 現在における電磁気学と、電磁気以後の物理学
   * 0.4 電磁気学が重要である理由 

2008.4.25 第2回

#  第1章 真空中の静電気力と電場
   * 1.1 静電気
   * 1.2 クーロンの法則
         o 1.2.1 逆自乗則 

2008.5.2 第3回

         o 1.2.2 ベクトルで表現するクーロンの法則 
   * 1.3 重ね合わせの原理
   * 1.4 電場と電気力線
         o 1.4.1 電場の定義
         o 1.4.2 電気力線
         o 1.4.3 電気力線の力学的性質 

2008.5.9 第4回

   *  1.5 いろんな電荷分布における電場の計算
         o 1.5.1 有限の長さの線上に広がった電荷による電場 

2008.5.16 第5回

         o 1.5.2 円状の電荷による電場 
   * 1.6 立体角と電気力線
   * 1.7 章末演習問題 

2008.5.23は体育祭で休講です。

2008.5.30 第6回

#  第2章 ガウスの法則と電場の発散
   * 2.1 ガウスの法則
         o 2.1.1 電気力線の流量(flux)の保存
         o 2.1.2 立体角から考えるガウスの法則 
   * 2.2 複数および連続的な電荷が存在する時のガウスの法則
         o 2.2.1 面上に広がった電荷による電場
         o 2.2.2 一様に帯電した無限に長い棒 

2008.6.6 第7回

         o 2.2.3 一様に帯電した球
   * 2.2.4 平行平板コンデンサ 
   * 2.3 電場の発散:ガウスの法則の微分形
         o 2.3.1 直交座標系における発散
         o 2.3.2 発散のない電場の例 

2008.6.13 第8回

         o 2.3.3  divE =ρ/ε_0の簡単な例 
   * 2.4 極座標でのdiv
         o 2.4.1 極座標のdivの導出 

2008.6.20 第9回

         o 2.4.2 ∇を使った記法に関する注意
         o 2.4.3 極座標のdivを使って電場を求める 
   * 2.5 章末演習問題 

2008.6.27 第10回

#  第3章 静電気力の位置エネルギーと電位
   * 3.1 力学的エネルギーの復習(1次元)
         o 3.1.1 1次元の静電気力の位置エネルギーと電位 

2008.7.4 第11回

   *  3.2 3次元の空間で考える電位
         o 3.2.1 3次元の空間における位置エネルギー
         o 3.2.2 電位と電場の関係
         o 3.2.3 位置エネルギーが定義できる条件 

2008.7.11 第12回

   *  3.3 rotと位置エネルギーの存在
         o 3.3.1 仕事が経路に依存しない条件
         o 3.3.2 rotのイメージ:ボートの周回
         o 3.3.3 rotのイメージ2:電場車
         o 3.3.4 grad,rot,divの関係 

2008.7.18 第13回

   *  3.4 電位の満たすべき方程式
         o 3.4.1 位置エネルギーの微分としてのクーロン力
         o 3.4.2 ポアッソン方程式
         o 3.4.3 ラプラシアンの物理的意味 
   * 3.5 電位の計算例
         o 3.5.1 一様な帯電球 

2008.7.25 第14回

         o 3.5.2 無限に広い板
         o 3.5.3 電気双極子 
   * 3.6 静電場の保つエネルギー
         o 3.6.1 位置エネルギーは誰のもの?
         o 3.6.2 電場のエネルギー---電荷と電位による表現
         o 3.6.3 電場の持つエネルギー---電場による表現
         o 3.6.4 平行平板コンデンサの蓄えるエネルギー 
   * 3.7 章末演習問題 

2008.8.1 補講第15回

#  第4章 導体と誘電体
   * 4.1 導体と電場・電位
         o 4.1.1 導体表面の電場 
   * 4.2 導体付近の電場
         o 4.2.1 点電荷と平板導体
         o 4.2.2 平行電場内に置かれた導体球 
   * 4.3 誘電体と分極
         o 4.3.1 分極
         o 4.3.2 分極と電気双極子モーメント 
   * 4.4 誘電体中の電束密度
   * 4.5 強誘電体と自発分極
   * 4.6 誘電体中の静電場の持つエネルギー
   * 4.7 章末演習問題 

2008.8.8 電磁気2008年度試験問題と略解

以降は「電磁気学II」

2008.10.10 第1回

   *  「電磁気学II」の講義を始めるにあたって
         o 勉強の仕方
               + 手を動かして演習しよう!
               + 疑問を残すな!
               + 真剣に、自分の頭で考えて 
   * 第0章 静電場から静磁場へ
         o 0.1 電磁気学Iの復習 

2008.10.17 第2回

   *  0.2 磁場とは何か
         o 0.2.1 磁石の作る磁場
         o 0.2.2 電流の作る磁場
         o 0.2.3 磁場中の電流の受ける力 

2008.10.24 第3回

   *  0.2.4 磁極の正体 
   * 0.3 章末演習問題 
   * 第1章 静磁場の法則その1 ---アンペールの法則
         o 1.1 無限に長い直線電流による磁場 

2008.10.31 第4回

         o 1.2 アンペールの法則

2008.11.7 第5回

         o  1.3 磁位
         o  1.4 アンペールの法則の応用例
               + 1.4.1 ソレノイド内部の磁場
               + 1.4.2 平面板を流れる電流 
         o 1.5 章末演習問題 
   * 第2章 静磁場の法則その2---ビオ・サバールの法則
         o 2.1 ビオ・サバールの法則
               + 2.1.1 微分形の法則から場を求めること
               + 2.1.2 電流が作る磁場の式を作る 

2008.11.14 第6回

               + 2.1.2 電流が作る磁場の式を作る(続き) 

2008.11.21 第7回

               + 2.1.3 アンペールの法則との関係
               + 2.1.4 線積分で書いたビオ・サバールの法則
               + 2.1.5 ビオ・サバールの法則のもう一つの導出 

2008.11.28 第8回

          o  2.2 ビオ・サバールの法則の応用
               + 2.2.1 円電流の軸上の磁場
               + 2.2.2 円電流の軸上以外での磁場 
          o 2.3 章末演習問題 

2008.12.5 第9回

#  第3章 静磁場の法則その3---電流・動く電荷に働く力とポテンシャル
    * 3.1 無限に長い直線電流間の力と、アンペアの定義
    * 3.2 導線の受ける力と動く電荷の受ける力
          o 3.2.1 ローレンツ力
          o 3.2.2 ローレンツ力を受けた荷電粒子の運動
          o 3.2.3 ホール効果 

2008.12.12 第10回

   *  3.3 ベクトルポテンシャル
         o 3.3.1 数学的な定義
         o 3.3.2 物理的意味
         o 3.3.3 ベクトルポテンシャルが一意でないこと
         o 3.3.4 ベクトルポテンシャルの計算 
   * 3.4 章末演習問題 
   * 第4章 磁性体中の磁場
         o 4.1 磁性
         o 4.2 反磁性 

2008.12.19 第11回

    *  4.3 常磁性体
    * 4.4 強磁性体
    * 4.5 磁場の表現---磁束密度Bと磁場H
         o 4.5.1 誘電体中のEとD
         o 4.5.2 BとH 

2009.1.9 第12回

         o  4.5.3 透磁率 
     * 4.6 例題:一様に磁化した円筒形強磁性体
     * 4.7 媒質が変わる場合の境界条件
     * 4.8 章末演習問題 
   * 第5章 動的な電磁場
     * 5.1 ファラデーの電磁誘導の法則
     * 5.2 導線が動く時の電磁誘導のローレンツ力による解釈 

2009.1.23 第13回

    *  5.3 磁束密度の時間変化と電場
         o 5.3.1 時間変動する電磁場の場合の電位 
    * 5.4 自己誘導・相互誘導
         o 5.4.1 自己インダクタンスと相互インダクタンス
         o 5.4.2 同軸ケーブルの自己インダクタンス 
    * 5.5 コイルの蓄えるエネルギー
    * 5.6 章末演習問題 

2009.1.30 第14回

 #  第6章 変位電流とマックスウェル方程式
   * 6.1 変位電流
         o 6.1.1 マックスウェルによる導入
         o 6.1.2 変位電流は磁場を作るか? 
   * 6.2 電磁波
         o 6.2.1 電磁波の方程式 
   * 6.3 章末演習問題 

試験結果は廊下に張り出してあるので見ておいてください。

結果欄が「−」の人は、試験を受けなかった人です。特に申し出がない限り、単位を放棄したものとみなします。

3月5日までに申し出がない場合は成績を「F(不可)」で確定します。

試験を受けなかったが単位が欲しい者は、前野の部屋(理307)に来るか、098-895-8524に電話するか、もしくはmaeno@sci.u-ryukyu.ac.jpにメールして申し出ること。その場合、↓の「F」の人同様、レポート提出の上、追試を受けてもらいます。

結果欄が「F」の人はこのままでは単位がありません。以下のレポートと追試の合計点が60点以上ならば、評価「D」で単位を出します。

★レポート 試験問題のうち、必須問題3,4,5をレポートにして前野の部屋まで持参し、問題内容に関する質問に答え、黒板で説明をすること。レポートの出来が悪い場合、質問に答えられない場合は再提出を課すか、または次の課題を出します(問題を持ってないものは取りに来ること)。(40点満点)

〆切は4月2日としますが、再提出もしくは次の課題が出る場合もありますから、なるべく早めに持ってくること。ギリギリで持ってきて再提出が必要な出来だった場合は、点数がそれだけ低くなります。

★追試 4月3日(金)12:50〜14:20(60点満点)

注意その1:追試の方が問題が簡単だと思いこんでいる人がいるようですが、そんなことはありません。

注意その2:今回「F」になっている人のほとんどは、試験前だけ勉強したらなんとかなるというレベルではありません。ちゃんと休み中も勉強し、わからないことは質問にくること。

★質問会について

補習ではなく質問会です。春休み中にしっかり勉強して、わからないところを質問してください。この時間以外でも、質問がある人はどんどん部屋に来てください。

  • 3月30日(月)10:20〜11:50(理313)
  • 4月1日(水) 10:20〜11:50(理313)

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Last-modified: 2009-02-08 (日) 15:02:27 (3475d)