| 本科 | 選択・必修 | 開設時期 | 単位数 | 授業形態 | 担 当 | |||
| 情報電子 | 必修 | 4年 | 2 | 講義 | 杉村敦彦 | |||
| 【授業の概要】 電界や磁界に関わる諸現象を、物理的数学的にとらえることによりその本質を理解する。電磁気学は交流理論と並ぶ電気系の重要な科目であり、その内容は確立されている。モータの原理をはじめとし、身の回りの現象の多くは電磁的現象として理解できる。 | ||||||||
| 【授業の進め方】 教科書を用いた講義を中心に授業を進める。数学的な記法を多く用いるため、微分や積分、およびベクトル解析などの数学的基礎を必要とする。また、適宜、問題演習も行う。 | ||||||||
| 【授業計画】 | 【授業項目】 | 【内 容】 | ||||||
| 1 回 | オリエンテーション 電荷と力 |
講義の概要説明。 クーロンの法則と電界の定義 |
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| 2 回 | 電界 ベクトルの演算 |
複数個の点電荷による電界について理解する。 ベクトルの和と差、および内積や外積、ベクトル関数の微分、積分について理解する。 |
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| 3 回 | ベクトルの演算 | ベクトルの演算について演習を行う。 | ||||||
| 4 回 | 電気力線と電束 ガウスの法則 |
電気力線の密度と電界の強さ、および電束と電束密度やガウスの法則（積分形、微分形）について理解する。また、直交・円筒・球座標系についても理解する。 |
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| 5 回 | 各座標系 | 直交・円筒・球座標系における座標・ベクトル成分・基本ベクトル、線分要素・面積要素・体積要素について演習を行う。 | ||||||
| 6 回 | 電位 | 電位の定義と電位差について理解する。 | ||||||
| 7 回 | 電気力線 | 電気力線、等電位面、ベクトルの回転とストークスの定理、静電界のラプラスとポアソンの方程式について理解する。 | ||||||
| 8 回 | 中間試験 | 電荷と電界、電位に関する理解度を確認する。 | ||||||
| 9 回 | 電界（１） | 電気双極子、球の電界について理解する。 | ||||||
| 10 回 | 電界（２） | 無限長円筒の電界、無限平面の電界について理解する。 | ||||||
| 11 回 | 電界（３） | 各電界に関する演習を行う。 | ||||||
| 12 回 | 静電容量（１） | 導体の電荷分布と電界、導体表面に働く力、静電容量、導体の静電容量について理解する。 | ||||||
| 13 回 | 静電容量（２） | 球、同心球間、同心円筒間、平行平板間、平行銅線間の静電容量について理解する。 | ||||||
| 14 回 | 静電容量（３） | 電位係数と容量係数、電気影像法、静電容量に蓄えられるエネルギーについて理解する。 |
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| 期末試験 | 電界、静電容量に関する理解度を確認する。 | |||||||
| 15 回 | 答案返却など | 試験の解答。誘電体（１） 誘電体の分極。誘電体中の電界、電束密度と電界の強さ。 |
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| 16 回 | 誘電体（２） | 誘電体中の電荷間に働く電気力、誘電体の境界面における $D$ と $E$、誘電体中に蓄えられるエネルギー、平行平板コンデンサの電極間に働く力について理解する。 | ||||||
| 17 回 | 誘電体（３） | 誘電体に関する演習を行う。 | ||||||
| 18 回 | 電流と抵抗 | 電流、導体の抵抗率、コンダクタンスと導電率、オームの法則の微分形と電流連続の式について理解する。 | ||||||
| 19 回 | 磁界（１） | 電磁現象、アンペアの右ねじの法則、ビオ・サバールの法則、アンペアの法則、磁界のポテンシャルについて理解する。 | ||||||
| 20 回 | 磁界（２） | 磁界中の電流の受ける力、平行導線の電流間に働く電磁力、ホール効果、電磁力による仕事について理解する。 | ||||||
| 21 回 | 磁界（３） | 磁界に関する演習を行う。 | ||||||
| 22 回 | 電磁誘導 | ファラデーの法則、交流の発生、磁界中を運動する導体に生じる起電力、電気・機械エネルギー変換、渦電流について理解する。 | ||||||
| 23 回 | 中間試験 | 誘電体、電流、磁界、電磁誘導に関する理解度を確認する。 | ||||||
| 24 回 | インダクタンス（１） | 自己インダクタンス、相互インダクタンス、インダクタンスの接続について理解する。 | ||||||
| 25 回 | インダクタンス（２） | インダクタンスの計算例。磁界に蓄えられるエネルギーについて理解する。 | ||||||
| 26 回 | 過渡現象 | 交流回路、R--L 回路、R--C 回路について理解する。 | ||||||
| 27 回 | 磁性体（１） | 物質の磁性、磁化の強さ、磁化率と透磁率、強磁性体の磁化について理解する。また、磁化に要するエネルギー、ヒステリシス損失についても理解する。 | ||||||
| 28 回 | 磁性体（２） | 磁気回路、磁束についてのガウスの法則、境界面における $B$ と $H$、棒状磁性体の磁化、永久磁石について理解する。 | ||||||
| 29 回 | 電磁波 | 変位電流、マクスウェルの方程式とその解、波動方程式について理解する。 | ||||||
| 期末試験 | インダクタンス、過渡現象、磁性体、電磁波に関する理解度を確認する。 | |||||||
| 30 回 | 答案返却など | 学年末試験の解答と解説を行う。 | ||||||
| 【到達目標】 | 電荷と電磁場の相互作用として電磁気現象を理解し、それらを応用する機器を設計するための基礎知識を身につける。 | 【徳山高専学習・教育目標】 | A1 | 【JABEE基準1(1)】 | ｄ-１ | |||
| 【評価法】 | 定期試験の平均を基本とする。 なお、半期ごとに追試験を行う場合がある。 | |||||||
| 【テキスト】 | 山口 昌一郎 著 「基礎電磁気学 改訂版」 電気学会 | |||||||
| 【関連科目】 | 基礎電気回路(1年)、電気回路(2年)、計測工学(3年) | |||||||