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電磁気学Ⅰ / Electromagnetics I

単位数: 2. 担当教員: 山下 太郎. 開講年度: 2024. 科目ナンバリング: TEI-ELM303J.

主要授業科目/Essential Subjects

授業の目的・概要及び達成方法等

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。
授業受講前にClassroomにアクセスし、クラスコードを入力してください。
※本講義のクラスコードは、lrg4zhq です。

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.

授業の目的・概要及び達成方法等(E)

Lecture materials and information including class guidance will be informed using Google Classroom.
The classification code of the Classroom is lrg4zhq.

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.

他の授業科目との関連及び履修上の注意

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,
必要ならば参考書を利用して十分に自習すること.

他の授業科目との関連及び履修上の注意(E)

Vector analysis and electromagnetism basic theory are essential to understand this class. Take the electromagnetics I exercises open in series to this class. Use reference books for your self-study.

授業計画

1. クーロンの法則
2. ガウスの法則
3. 定常電流
4. アンペールの法則
5. ビオ・サバールの法則
6. 鏡像法
7. 静電容量
8. ファラデーの法則
9. 自己インダクタンス
10. 電磁気学のエネルギー保存則
11. 誘電体
12. 磁性体
13. マクスウェルの方程式

授業計画(E)

1. Coulomb's law
2. Gauss's law
3. Steady-state current
4. Ampere's law
5. Bio-Savart's law
6. Mirror image method
7. Capacitance
8. Faraday's law
9. Self-inductance
10. Conservation of energy law of electromagnetism
11. Dielectric materials
12. Magnetic materials
13. Maxwell equations

授業時間外学習

電磁気学Ⅰ演習とあわせて履修すること。
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。

授業時間外学習(E)

Take the class of "Electromagnetics I exercises" open in series to this class.
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.

成績評価方法及び基準

レポート提出及び期末試験を総合して評価する。

成績評価方法及び基準(E)

Evaluation is performed comprehensively based on report submission status and final-term examination.

教科書および参考書

  • 電磁気学, 宇野亨,白井宏, コロナ社 ISBN/ISSN: ISBN:9784339008142 資料種別:教科書
  • 電磁気学演習, 砂川重信, 岩波書店 ISBN/ISSN: 4000077457 資料種別:参考書
  • 電磁気学II, 長岡洋介, 岩波書店 ISBN/ISSN: 4000076442 資料種別:参考書
  • 電磁気学演習, 後藤憲一,山崎修一郎著, 共立出版 ISBN/ISSN: 4320030222 資料種別:参考書
  • 理論電磁気学, 砂川重信, 紀伊国屋書店 ISBN/ISSN: 9784314008549 資料種別:参考書
  • 電磁気学, 二村忠元, 丸善 ISBN/ISSN: 462103166X 資料種別:参考書
  • 電磁気学, 磯 親, 東京数学社 ISBN/ISSN: 4808220210 資料種別:参考書
  • 物理学通論II, 原 康夫, 学術図書出版 ISBN/ISSN: 4873610249 資料種別:参考書
  • 電磁気学I, 長岡洋介, 岩波書店 ISBN/ISSN: 4000076434 資料種別:参考書
  • 新しい電磁気学, 太田昭男, 培風館 ISBN/ISSN: 9784563034917 資料種別:参考書

オフィスアワー

随時行いますが、事前に山下までメール(taro@tohoku.ac.jp)にて連絡をお願いします。

オフィスアワー(E)

From time to time by E-mail reservation for Prof. Yamashita (taro@tohoku.ac.jp).

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