電磁場と電磁波

スコープ

この講義は2つの部分から構成される. 第1部では線形システムの周波数応答および過渡応答について,第2部ではベクトル解析(3次元空間のベクトル場の微分や積分)について学習する.

第1部は(抵抗,コンデンサー,コイルで構成される)RCL回路に交流電源を接続した場合の応答特性, 一般的な電圧波形でドライブしたときの応答特性の解析の基本を学ぶ. これらの手法は,電気回路に限らず様々なシステムの解析の基本となる.

第2部は電場ベクトルや磁場ベクトルが空間的に変化する様子を記述するための微分法を学び, 電磁現象を記述する基本の方程式(マックスウェル方程式)の微分表現を扱う. さらにこれらの方程式から電磁場が波として伝わることを導出する. その準備として波動についても復習する. 手法としてのベクトル解析は,電磁場を記述するだけでなく,流れの場の記述にも現れる.

履修の前提

講義の内容と教材

  1. 線形応答
  2. 交流素子
  3. 複素表示
  4. 交流回路のインピーダンス
  5. 中間テスト

  6. 回路の応答を微分方程式により記述する
  7. 微分方程式入門
  8. ラプラス変換により微分方程式を解く
  9.  中間テスト 
  10. 回路の過渡応答

  11. 電磁波について学ぶ準備

  12. 課題:「マクスウェル方程式」について調べよ.


  13. ベクトル解析
  14. 波についての基礎知識(隔年開講科目「音と光」から)

  15. 電磁波の概観 

  16. 真空中を伝わる電磁波