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授業の目標
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現代の機械工学が電子制御技術抜きで語れないことは容易に理解できるであろうし、近年の自動車技術開発の方向性から見ても明らかなように、動力源としての電力の役割は益々大きくなっている。また新材料開発の分野では、材料の力学的特性に加えて電気的・磁気的特性の解明は必須事項である。
「物理学Ⅲ」では、力学・熱力学と並んで、本学科が関係する広範な分野において必要不可欠な物理学の一分野である、「電磁気学」について学ぶ。「電磁気学」は、観測された電磁現象を数学的に表現し解析することで更なる発展を遂げてきた、物理学における数学的洞察の威力を示す好例である。具体的な手法を見ていくことで、その考え方を身に着けることも目標とする。
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到達目標
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「クーロンの法則」と「ガウスの法則」を学び、静電荷とその周囲の静電場との関係を説明することができる。また、「ローレンツ力」と「ビオ－サバールの法則」について学習し、動く電荷とその周囲の静磁場との相互作用を説明することができる。さらに、「オームの法則」、「キルヒホッフの法則」、「電磁誘導の法則」に基づいて、抵抗、キャパシター、コイルから成る回路の特性を解析することができる。
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身につく能力
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＜全学ディプロマ・ポリシー＞
○【知識・理解・技術】
１．各専門分野の知識・技術を習得し、活用する力を身につけている
【教養・基礎的能力】
２．幅広い教養と、外国語能力、情報活用能力、コミュニケーション能力などの基礎的能力を身につけている
【態度・志向性】
３．多様な価値観を有する人々と倫理観・責任感をもって協働することができる
【態度・志向性】
４．時代の変化に主体的に対応するため継続的に学び、自律的に行動することができる
【問題発見・解決能力】
５．専門の知識・技術及び基礎的能力を統合し活用して、問題を発見し解決する能力を身につけている
【ｸﾞﾛｰｶﾙ・創造的思考力】
６．地域的・国際的視点をあわせもち、また、新たな価値を想像する力を身につけている
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授業の概要
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本講義ではまず、静止している電荷に対する考察から始める。続いて、電荷の定常的な流れである直流電流と、それにより発生する静磁場へと話を進める。最後に、時間的に変動する電流である交流によって引き起こされる現象について解説する。
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授業の計画
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１．静電気と静電場：静止している電荷が周囲に及ぼす影響について
第１回 「電磁気学」について、電荷【テキストp.2～p.5】
第２回 クーロンの法則、重ね合わせの原理【テキストp.6～p.15】
第３回 電場、電気力線、ガウスの法則【テキストp.16～p.25】
第４回 ガウスの法則の応用、電位【テキストp.26～p.38】
第５回 キャパシター（コンデンサー）、電気容量【テキストp.39～p.45】
第６回 導体の特性、静電場のエネルギー【テキストp.46～p.59】
２．電流：電荷の流れとそれを支配する法則について
第７回 電流、オームの法則、ジュールの法則【テキストp.60～p.71】
第８回 キルヒホッフの法則、RC回路の過渡現象【テキストp.72～p.85】
３．静磁場：動いている電荷と磁場の関係について
第９回 ベクトルの外積（ベクトル積）、ローレンツ力、アンペールの力
【テキストp.86～p.97】
第１０回 ビオ‐サバールの法則【テキストp.98～p.119】
４．交流：時間的に変動する電流が引き起こす現象について
第１１回 ファラデーの法則とレンツの法則、電磁誘導【テキストp.120～p.125】
第１２回 インダクタンス、LR回路の過渡現象【テキストp.126～p.131】
第１３回 交流、LCR並列回路【テキストp.132～p.133】
第１４回 LCR直列回路【テキストp.134】
第１５回 電気共振、電気振動
第１６回 定期試験
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授業時間外学修の指示
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・予習について
第１回の授業の初めに、全授業で使用する資料を配布する。第２回以降の授業については、実際の授業進度と本シラバスを参考にして、次回の授業部分にあたるところを読んでおく。問題のところは空欄にしているので、独力で解いてみてわからないところなどを把握して授業に出ることが望ましい。
・復習について
配布資料を読み直して授業内容を振り返り、レポート課題があるときはそれに取り組む。また、レポート回収後に配布される解答例により自己採点し、間違った部分などは正解を理解すること。配布資料は、テキストの中で基本的で重要な部分を取り出して作成している。授業内容を復習して余裕があれば、テキストや参考書を読んで、授業で取り上げなかった部分についても学習してほしい。
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成績評価の方法
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期末に行う試験を90％、講義期間中の数回のレポートの成績を10％ とする総合的判断により、成績評価を行う。
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テキスト・参考書等
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テキスト：前田和茂、小林俊雄 著 『ビジュアルアプローチ 電磁気学』 森北出版 ￥2,500＋税
ISBN：978-4-627-16221-1
参 考 書：西浦宏幸、藤井研一、田中東 著 『入門 工系の電磁気学』 共立出版 ￥2,200＋税
出口哲生、和達三樹、十河清 著 『ゼロからの電磁気学Ⅰ、Ⅱ』 岩波書店 ￥2,800＋税、
￥2,600＋税
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履修上の留意点
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高校で学んだ数学の中で特に、ベクトルの合成と内積、三角関数の加法定理とその微分・積分、自然対数に関連する微分・積分は、授業内容と深くかかわっている。講義でも、必要に応じて公式などの基礎から説明していくが、自分でも十分に復習しておくこと。
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資料
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備考
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＊読替科目：機械知能システム学科「物理学Ⅲ」（選択）に対応する 2019年度～
レポート課題があるときは授業終了時にアナウンスし、配布はmanabaコースにて行う。レポートは次回の授業までに作成し、同じくmanabaコースでレポートを提出する。解答例を配布するので、作成したレポートにより自己採点をすること。
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