電気学｜シラバス情報

授業概要

理系、文系を含めた全ての学生を対象に、電気の基礎と電気を巡るこれまでの発展の歴史を概説する。電磁気学の基本法則であるマクスウェル方程式を主軸とし、電気の発見、電気と磁気、発電のしくみ、電気回路の基本、集積回路、電磁気など幅広いトピックを概観して、電気の基本をつかむ講義を行なう。

到達目標

到達目標1. 電気と磁気の基本法則であるマクスウェル方程式について、その基本的概念が他者に説明できるようになる。
到達目標2. 電気回路や集積回路、発電機など、電気に関わる装置の仕組みを理解する。
到達目標3. 電気と磁気に関わる法則、それらの具体的な応用について議論できるようになる。

履修条件

履修条件緩和
特にございません。

成績評価方法・基準
レポート課題提出: 30% 期末試験: 70%

期末試験の内容
授業で扱った電気・磁気の基本的な法則、回路、電磁誘導、集積回路、マクスウェル方程式などに関し、その概要を問う問題を総合して出題する。

課題の内容
毎回授業内容に即した演習問題を出題する。

授業内容

第1回
電気とはこの世の電気現象は全て電荷によって引き起こされ、電荷の間に働くクーロン力は電場と呼ばれる空間の性質によってもたらされていることを説明する。電荷と電場はガウスの法則によって関係づけられ、電場は電荷にエネルギーを与える事を理解する。

第2回
直流電気回路電流とは電荷の流れで、電圧によってその強さが決まることを説明する。電流と電圧はオームの法則によって関係づけられ、直列回路、並列回路の違いを理解する。キルヒホッフの法則を理解し、複雑な電気回路に流れる電流も求める事ができるようになる。

第3回
磁気とは電場との共通点、相違点を整理しながら磁場について説明し、電流が作る磁場、磁場から受ける力、モーターの原理について理解する。アンペールの法則によりソレノイドコイルを流れる電流が作る磁場を計算し、電磁石の原理について理解する。

第4回
電磁誘導ファラデーが発見した電磁誘導について説明し、交流発電機の原理について理解する。相互誘導、自己誘導について説明し、トランスの原理について理解する。ワイヤレス充電はこの電磁誘導を利用していることを紹介し、その仕組みについて理解する。

第5回
交流電気回路交流電流の表し方、特に実効値、インピーダンス、位相について理解する。RLC回路のインピーダンスを計算し、回路の共振について学ぶ。直流と交流の特徴を整理し、それぞれの利点欠点を理解する。

第6回
集積回路ダイオード、トランジスタの基礎と、集積回路の概要について説明する。アナログICの例としてオペアンプ、デジタルICの例としてCPUを取り上げ、基本的な動作について解説する。身近な利用例として、ICタグの仕組みについて紹介する。

第7回
マクスウェル方程式電磁気学の基本法則である４つの法則がどのような物理的内容の法則であるかを説明する。電磁気学の集大成であるマクスウェル方程式のそれぞれの式がどのような意味を持つのかを理解し、電気・磁気に関する理論の基礎を固める。

第8回
光と電磁波マクスウェル方程式から電磁波の伝播が導かれ、光が電磁波であるという結論を理解する。電磁波の発?と伝わる速さ、電磁波の種類と性質(回折、?渉、反射、屈折等)について学び、アンテナがどのように電磁波を介して情報を送受信しているかを学ぶ。

購入が必要な教科書

教科書以外に準備するもの（画材・機材）

参考文献
基礎物理学第5版原康夫著学術図書出版社 ISBN: 978-4-7806-1042-0

※大学での教科書販売はありません。

教員連絡先
kentaro_miki@dhw.ac.jp