電磁気学(2009年)講義録

2009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回の講義ごとにその日の内容をまとめて夜に更新します。

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2008年度を見てください。

自習のためのチェックリスト」を作りました。活用してください。

前期のテキストをPDFファイルにまとめました。(2009年度電磁気学講義録前期分PDF

後期のテキストをPDFファイルにまとめました。(2009年度電磁気学講義録後期分PDF


前期:電磁気学I

2009.4.15 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 

2009.4.22 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
         o 1.2.2 ベクトルで表現するクーロンの法則 

2009.5.13 第3回

   * 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 

2009.5.20 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 

2009.5.27 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

2009.6.3 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 具体的計算でガウスの法則を確認する
         o 2.2.1 無限に広い平面を貫く電気力線
         o 2.2.2 中心からずれた位置に電荷が位置する場合 
   * 2.3 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 2.3.1 面上に広がった電荷による電場
         o 2.3.2 一様に帯電した無限に長い棒 

2009.6.10 第7回

         o 2.3.3 一様に帯電した球
         o 2.3.4 平行平板コンデンサ 
   * 2.4 電場の発散:ガウスの法則の微分形
         o 2.4.1 直交座標系における発散 

2009.6.17 第8回

         o 2.4.2 発散のない電場の例
         o 2.4.3 div E=ρ/ε_0の簡単な例 

2009.6.24 第9回

   *  2.5 極座標でのdiv
         o 2.5.1 極座標のdivの導出
         o 2.5.2 を使った記法に関する注意
         o 2.5.3 極座標のdivを使って電場を求める 
   * 2.6 章末演習問題

2009.7.1 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 
   * 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 

2009.7.8 第11回

         o 3.2.3 位置エネルギーが定義できる条件 
   * 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 

2009.7.15 第12回

         o 3.3.2 rotのイメージ:ボートの周回
         o 3.3.3 のイメージ2:電場車
         o 3.3.4 div,rot,gradの関係 
   * 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 

2009.7.22 第13回

今日はちょうど日食の日だったんで、みんなで日食見ました。物理系ホームページの日食2009にまとめてます。

2009.7.29 第14回

         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
         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 

2009.7.30 第15回

   *  3.6.3 電場の持つエネルギー---電場による表現
   * 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 
   * 第4章 導体と誘電体
         o 4.1 導体と電場・電位
               + 4.1.1 導体表面の電場 
         o 4.2 導体付近の電場
               + 4.2.1 点電荷と平板導体
               + 4.2.2 平行電場内に置かれた導体球 
         o 4.3 静電容量
         o 4.4 誘電体と分極
               + 4.2.1 分極 
         o 4.3 真電荷と分極電荷---静電気学の基本法則
         o 4.4 強誘電体と自発分極
         o 4.5 誘電体中の静電場の持つエネルギー
         o 4.6 静電場に関する法則のまとめ 
   * 4.7 章末演習問題 

前期のテキストをPDF化したもの

2009.10.16 電磁気学II第1回

 * 第1章 静電場から静磁場へ [#j9960ef8]
   * 1.1 電磁気学Iの復習
   * 1.2 磁場とは何か
         o 1.2.1 磁石の作る磁場
         o 1.2.2 電流の作る磁場
         o 1.2.3 磁場中の電流の受ける力 

2009.10.19 電磁気学II第2回

         o 1.2.2 電流の作る磁場(の、前回飛ばした部分)
         o 1.2.3 磁場中の電流の受ける力(の前回の続き)
         o 1.2.4 磁極の正体 
   * 1.3 章末演習問題

2009.10.26 電磁気学II第3回

 第2章 静磁場の法則その1---アンペールの法則
   * 2.1 無限に長い直線電流による磁場
   * 2.2 アンペールの法則
   * 2.3 磁位

2009.11.2 電磁気学II第4回

   *  2.4 アンペールの法則の応用例
         o 2.4.1 ソレノイド内部の磁場
         o 2.4.2 平面板を流れる電流 
   * 2.5 章末演習問題 

2009.11.9 電磁気学II第5回

 第3章 静磁場の法則その2--- ビオ・サバールの法則
   * 3.1 ビオ・サバールの法則
         o 3.1.1 微分形の法則から場を求めること 

2009.11.16 電磁気学II第6回

         o 3.1.3 線積分で書いたビオ・サバールの法則
         o 3.1.4 ビオ・サバールの法則のもう一つの導出 

2009.11.30 電磁気学II第7回

   *  3.2 ビオ・サバールの法則の応用
         o 3.2.1 円電流の軸上の磁場
         o 3.2.2 円電流の軸上以外での磁場 

2009.12.7 電磁気学II第8回

         o 3.2.2 円電流の軸上以外での磁場(の続き) 
   * 3.3 章末演習問題 

2009.12.14 電磁気学II第9回

* 第4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
   * 4.1 無限に長い直線電流間の力と、アンペアの定義
   * 4.2 電流素片の間に働く力
   * 4.3 導線の受ける力と動く電荷の受ける力
         o 4.3.1 ローレンツ力 

2009.12.21 電磁気学II第10回

         o 4.3.2 ローレンツ力を受けた荷電粒子の運動
         o 4.3.3 ホール効果 
   * 4.4 ベクトルポテンシャル
         o 4.4.1 数学的な定義
         o 4.4.2 物理的意味 

2009.12.24 電磁気学II第11回

         o 4.2.2 物理的意味(続き)
         o 4.2.3 ベクトルポテンシャルが一意でないこと
         o 4.2.4 ベクトルポテンシャルの計算 
 * 第5章 磁性体中の磁場
   * 5.1 磁性
         o 5.1.1 反磁性
         o 5.1.2 常磁性
         o 5.1.3 強磁性 

2010.1.18 電磁気学II第12回

   *  5.2 磁場の表現---磁束密度と磁場
         o 5.2.1 誘電体中のと
         o 5.2.2 と
         o 5.2.3 透磁率 
   * 5.3 例題:一様に磁化した円筒形強磁性体
   * 5.4 媒質が変わる場合の境界条件
   * 5.5 章末演習問題 

2010.1.25 電磁気学II第13回

* 第6章 動的な電磁場---電磁誘導
   * 6.1 静的な場と動的な場
   * 6.2 ファラデーの電磁誘導の法則
   * 6.3 導線が動く時の電磁誘導のローレンツ力による解釈
         o 6.3.1 仕事をするのはいったい誰か? 
   * 6.4 磁束密度の時間変化と電場 

2010.2.1 電磁気学II第14回

         o 6.5 時間変動する電磁場の場合の電位 
   * 第7章 変位電流とマックスウェル方程式
         o 7.1 変位電流
               + 7.1.1 マックスウェルによる導入 
         o 7.2 電磁波 

2010.2.2 電磁気学II第15回

               + 7.2.1 電磁波の方程式 

2010.2.8 期末試験です。

試験は、カンニングペーパー持ち込み可です。

  • A4一枚、表裏使用してよい。
  • 自筆に限る。印刷物、他人の筆跡は不可。
  • 試験答案と一緒に提出してもらいます。

電磁気学II 補習予定について

以下のような日程で行います。

3/22(月)3/23(火)3/24(水)3/25(木)3/26(金)
1(8:30〜10:00)
2(10:20〜11:50)偏微分、線積分、面積分とdiv,rot,gradの復習アンペールの法則ローレンツ力と荷電粒子の運動物質中の電場と磁場
3(12:50〜14:20)
4(14:40〜16:10質問に対する回答ガウスの定理、電気力線と磁力線ビオ・サバールの法則電磁誘導の法則変位電流とマックスウェル方程式
5(16:20〜17:50)
  • 22日は、春休みに間に勉強してきたことの質問を受けます。23日以降で、電磁気学IIの総復習をします。
  • 試験問題に関する課題レポートの〆切は22日です。(それ以降は一切受け付けません)
  • 水曜の午後は会議が入る可能性があるので、その場合は5限に変更することがあります。
  • 以上はあくまで予定です。特に内容は、状況により変化します。
  • 場所は理313ですが、313が使用されている場合は 105を使います。
  • 追試は29日の10:20〜を予定しています。

何かコメントありましたら以下にどうぞ

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  • !S!WCRTESTINPUT000001!E! -- !S!WCRTESTINPUT000000!E!? 2016-09-16 (金) 14:28:49
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