単位数: 2. 担当教員: 山末 耕平. 開講年度: 2024. 科目ナンバリング: TEI-ELM303J.
○
Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。
学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)
１．目的
電磁気学は電気関連工学および物理学を学ぶ者にとって必須の科目である．授業は電磁気学基礎論，電磁気学Ⅰ，電磁気学Ⅱに分けられており，これら3つの科目を受講することにより，統一的に電磁気学を学習することができる．電磁気学Ⅰでは，主に物質中のマクスウェルの方程式を導き，これより真空中では光速で伝搬する電磁波の解が求められる過程を学ぶ．
２．概要
まず真空中の電磁界について理解を深め,次いで誘電体や磁性体などの物質中の静電界および静磁界が誘電率と透磁率を用いて表されることを学ぶと共に，時間的に変化する磁界と電界の振る舞いを学び，物質中のマクスウェルの方程式を導出し，これを用いると電磁波伝搬などの電磁界現象が説明できることを理解する．
３．達成目標等
・真空中の電磁界について、電気双極子、ベクトルポテンシャル、およびビオ・サバールの法則を理解する．
・物質中の静電界および静磁界を求める方法を物理的および数学的に理解する．
・時間変化する磁界に対するファラデーの電磁誘導の法則と時間変化する電界に対する変位電流の法則からマクスウェルの方程式を求める過程を理解する．
・マクスウェルの方程式から伝搬する電磁波の解が導かれることを理解する．
The class code for Google Classroom can be found on the Web site of
the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)
Lecture materials and information including class guidance will be informed using Google Classroom.
1. Objective
Electromagnetism is an essential subject for those who learn the electrical-related engineering and physics. It is possible to learn the unified electromagnetism by taking a series classes of electromagnetism basic theory, electromagnetism I (this class), and electromagnetism II. This class mainly aimed to derive the Maxwell's equations in material, and accordingly to learn the electromagnetic wave propagating at the speed of light in a vacuum.
2. Overview
Firstly, to deepen the understanding of electromagnetic field in a vacuum. Secondary, to understand the electrostatic and static magnetic fields in material such as dielectric or magnetic materials, along with learning of dielectric permittivity and magnetic permeability. Thirdly to learn time-varying behavior of electric and magnetic fields and to derive the Maxwell's equations in material. As well, to understand the Maxwell's equations could explain well the time-varying electromagnetic field phenomena such as electromagnetic wave propagation.
3. Goals
- Electromagnetic field in a vacuum: To understand electric dipole, the law of the vector potential, and the Biot-Savart law.
- Electromagnetic field in material: To understand methods of obtaining an electrostatic and a static magnetic fields physically and mathematically.
- Process of obtaining the Maxwell's equations: To understand the process through the law of displacement current associated with electric field and the law of electromagnetic induction to the time-varying magnetic field (Faraday's law).
- Electromagnetic wave propagation: To understand the wave propagation based on the Maxwell's equations.
この授業はベクトル解析と電磁気学基礎論を履修しておくことが必須である．電磁気学Ⅰを理解するためには演習問題を自ら解いてみる必要があるので電磁気学Ⅰ演習とあわせて履修し（ただし知能コンピューティングコース向けには開講しない）,必要ならば参考書を利用して十分に自習すること．
Vector analysis and electromagnetism basic theory are essential to understand this class. Take the electromagnetics I exercises open in series to this class (not offered to the Intelligent Computing course). Use reference books for your self-study.
この科目ではClassroomを使用して講義資料と講義情報を発信します。
１．真空中の静電界：電気双極子（第3章）
２．物質中の静電界：誘電体と分極，誘電率（第４章）
３．物質中の静電界：分極ベクトルと電場および電束密度の関係式（第４章）
４．物質中の静電界：２種類の誘電体間の境界条件と例題（第４章）
５．ベクトルポテンシャルとビオ・サバールの法則（第７章）
６．物質中の静磁界：磁性体と磁気モーメント，磁化ベクトル（第８章）
７．物質中の静磁界：磁界および磁束密度の関係式と永久磁石（第８章）
８．物質中の静磁界：２種類の磁性体間の境界条件，磁気回路：磁気抵抗，電気回路との対応関係（第８章）
９．物質に働く力：仮想変位の方法，マックスウェルの応力
10．電荷に働くローレンツ力及び移動する導体に働くローレンツ力と起電力（第７，９章）
11．電磁誘導の法則（ファラデーの法則）とインダクタンス（第７，９章）
12．電荷保存の法則：時間変化する電荷と電流（第１０章）
13．準静的（ゆっくり時間変化する）電磁界：磁束の拡散，表皮効果（第９－１１章）
14．物質中のマクスウェルの方程式：ポインティングベクトルとエネルギー保存則（第１０，１１章）
15．異なる媒質の境界における平面電磁波の反射と透過（第１０章）
＊担当教員により，内容の追加，削除，または順番の変更がある．
Lecture materials and information including class guidance will be informed using Google Classroom.
1.Electrostatic field in vacuum: electric dipole
2.Electrostatic field in material: dielectric, polarization, permittivity
3.Electrostatic field in material: relation between polarization vector and electric field and flux density
4.Electrostatic field in material: boundary conditions and examples between two dielectrics
5.Vector potential and Biot-Savart law
6.Static magnetic field in material: magnetic material, magnetic moment, magnetization vector
7.Static magnetic field in material: Relation between magnetic field and magnetic flux density and permanent magnet
8.Static magnetic field in material: Boundary condition between two types of magnetic material, magnetic circuit: Correspondence with magnetic resistance and electric circuit
9.Force acting on material: virtual displacement method and Maxwell's stress
10.Lorentz force acting on charge, and Lorentz force and electromotive force acting on moving conductor
11.Law of electromagnetic induction (Faraday's law) and inductance
12.The law of charge conservation: time-varying charge and current
13.Quasi-static (slow time-varying) electromagnetic field: magnetic flux diffusion, skin effect
14.Maxwell's equation in material: pointing vector and energy conservation law
15.Reflection and transmission of planar electromagnetic waves at the boundary of different media
* Contents may be added, deleted, or reordered by the teacher.
電磁気学Ⅰ演習とあわせて履修すること（ただし知能コンピューティングコース向けには開講されない）。
電磁気学は電気情報物理工学科のすべての専門科目の基礎であるとともに，授業内容は必要最低限に限られている。毎週，予習復習を十分に行い理解を深めること。
Take the class of "Electromagnetics I exercises" open in series to this class (not offered to the Intelligent Computing course).
Be well prepared and reviewed every week since the Electromagnetism is the basis of all of the department subjects in the Electrical and Information Engineering & Physics course. Notice that subjects learned during the classes contain only the minimum necessary knowledge of wide and in-depth academic disciplines of Electromagnetism.
レポート提出や授業中の小レポートなど（20％），期末試験（80％）を総合して評価する．再試験はしない．
Evaluation is performed comprehensively based on report submission status and activities in class (20%) and final-term examination (80%). There is no reexamination proceeding.
電気（遠藤）：随時行いますが、事前に予約（endo@ecei.tohoku.ac.jp）をお願いします。
通信（山末）：随時行いますが、事前に予約（yamasue@riec.tohoku.ac.jp）をお願いします。
電子・医工（深見）：随時行いますが、事前に予約（s-fukami@riec.tohoku.ac.jp）をお願いします。
情報（阿部）： 随時行いますが、事前に予約（k-abe@riec.tohoku.ac.jp）をお願いします。
Prof. Y.Endo: From time to time by E-mail reservation destined endo@ecei.tohoku.ac.jp. Evening hours are desirable.
Assoc. Prof. K.Yamasue: Making a reservation (yamasue@riec.tohoku.ac.jp) in advance is recommended.
Prof. S.Fukami: Making a reservation (s-fukami@riec.tohoku.ac.jp) in advance is recommended.
Assoc. Prof. K.Abe: Available anytime by appointment (k-abe@riec.tohoku.ac.jp).