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電磁気学は、古典力学の"常識"を覆し、現代物理学を拓く礎となった。本講義では、その本質の理解を目的とする。
電磁気学Iでは、時間変動のない「静電場」「静磁場」の物理学を理解する。
前半で「電場」を、後半で「電流」と「磁場」を学んでいく。なお、この世界では未だこの両者の道は交わらない。
Electromagnetism overturned the common sense of classical mechanics and became the cornerstone toward modern physics.
The purpose of this lecture is to understand its essence.
In electromagnetism I, the physics of static electric and magnetic fields "without time variations" is introduced.
"Electric field" is treated in the first half.
"Current" and "Magnetic field" appear in the second half.
In this world, both fields are independent yet.
自然界に存在する4つの基本的な力の1つである電磁気力は、ミクロな物質の性質や構造の理解に不可欠であり、さらには現代社会における科学技術の基盤となっている。電磁気学は、電荷を持った物体がどのようにして力の元となる場を生み出すかを理解するための学問である。本講義では、時間に変動しない静的な電場と磁場を取り扱い、電磁気学の基礎と基本的な考え方を身につける。
Electromagnetic force, one of the four fundamental forces that exist in nature, is essential for understanding the microscopic properties and structure of matter, and it also forms the basis of science and technology in modern society. Electromagnetism is the study of how electrically charged objects create fields of force. In this lecture, we will deal with static electric and magnetic fields that do not vary over time, and will acquire the basics and basic concepts of electromagnetism.
「静電場」「静磁場」は、交わることのない独立概念だった。しかし時間変動する世界では，そうではない。
実験は「電場は磁場を生成し、磁場は電場を生成する」ことを示した。両者は統一した理解を要する。
本講義では、現代物理学の出発点となった、統一概念たる「電磁場」の本質的理解を目的とする。
Static electric and magnetic fields were independent concepts that do not intersected.
However, in a time-variable world, they are merged into "electromagnetic field".
The experiments have showed that electric field generates magnetic field, and magnetic field generates electric field.
Both field should request a unified understanding.
In this lecture, the essential understanding of "electromagnetic field" are formed as unified concept.
It became the starting point of modern physics.
生命系（医学、保健学、生物学など）で用いる分析や検査・測定機器には電磁気学を基礎としたものが数多くある。電磁気学は、電気と磁気という別々の存在として認識されていた現象を，電荷の動きを起源として，一つにまとめた学問である。本講義では、物理学を専門としない生命系の学生が身につけておくべき電磁気学といくつかの生命系への適用例を学ぶことを目的とする。課題ごとにデモンストレーションを行い，視覚・感覚的にも理解できるようにする。
There are many analytical, testing and measuring instruments based on electromagnetism used in life systems (medicine, health sciences, biology, etc.). Electromagnetism is science of charge and of the forces and fields associated with charge. Electricity and magnetism are two aspects of electromagnetism. The purpose of this lecture is to learn electromagnetism that non-physics students should acquire and examples of application to some life systems. A demonstration will be given for each subject so that students can understand it visually and intuitively.
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
電子情報システム・応物系関連工学を学ぶ者にとって基礎的かつ必須的な科目の電磁気学Ⅰの講義内容にそって, 基礎的問題から応用的具体例についての練習問題を扱い, 実際に各自に毎時間解かせる.これにより, 講義内容の理解を確実にし, 深めるとともに応用力の養成を図る.
２．概要
電磁気学Ⅰで講義する内容に沿って, 基礎的問題から応用的問題を解く．
３．達成目標等
この授業では以下の能力を習得することを目標とする．
・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し, 基礎的問題を解くことができる.
・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し, 基礎的問題を解くことができる.
・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し, 基礎的問題から応用的問題までを解くことができる．
・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し, 基礎的問題を解くことができる.
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)
1- Purpose
To ensure the understanding of and have practice on the application of the electromagnetism via exercise on various fundamental and applicable problems, following the lecture on electromagnetism I.
2- Overview
To solve fundamental and applicable problems.
3- Achievement target
3-1: To understand and solve the problems on "electromagnetic fields in vacuum", "electric dipole", "vector potential", and "Biot-Savart's law".
3-2: To physically and mathematically understand the processes providing the electrostatic fields and the static magnetic fields in materials, and to solve the related problems.
3-3: To understand the process that the Maxwell's equations can be obtained from the Faraday's law and the Ampere's law, and apply them to fundamental problems.
3-4: To understand the process that the wave equation can be obtained from the Maxwell's equations and apply them to fundamental problems.
電磁気学Ⅰでは時間的に変化しない，静的な電場と磁場について学んだ．
電磁気学Ⅱではそれらが時間的に変化することにより、互いに関係しあう様子を学ぶ．
即ち，マクスウェル方程式によって，電気と磁気が統一された「電磁場」を理解する．
また物質の電磁応答の扱い方を学び，我々が経験する電磁気現象を理解するための基礎を構築する．
In Electromagnetism I, we learned about static electric and magnetic fields.
In Electromagnetism II, we will deal with electromagnetic field: electric and magnetic field are changing each other time.
We also understand that electricity and magnetism are unified in Maxwell equations.
We will also learn how to treat the electromagnetic response of matter and build a foundation for understanding the electromagnetic phenomena that we experience.
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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．
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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.
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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．
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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.
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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．
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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.
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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．
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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.