電磁気学の講義ノートPDF （演習問題と解答つき） 大学の理論物理の教科書

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大学の物理学で学ぶ電磁気学の，講義ノートPDF。

（１）教養科目としての初歩的な電磁気　と，

（２）理工系の専門科目としての本格的な電磁気（＝物理数学をバリバリ使う）

の２つに分けて，独学に役立つノートを集めた。

演習問題と解答つき。（院試対策になる）

（１）教養科目としての電磁気。　学部１年生向け

• ベクトル解析とマクスウェル方程式を使って電磁現象を表現。
• 鏡像法や，真空中で時間変化なし等の簡単な系を扱う。
• 基礎的な線形の交流電気回路を，常微分方程式で解く。

（２）専門科目としての電磁気。　学部２〜３年生向け

• ベクトルポテンシャルや電磁波の輻射・ポインティングベクトルによる電磁場のエネルギーなどの解析を詳しく。
• ポアソン方程式・ダランベルシアン・極座標の偏微分方程式や，グリーン関数，アインシュタイン記法といった数学的な道具を駆使。
• 相対論的効果や量子論的効果，各種パラドックスの解明，アンテナ，実験器具などの応用分野を含む。
• 物質中の電磁場や誘電率の詳しい話，光学，分布定数系回路なども考慮する。

下記のノートで学習できる。

※電磁気に必要な数学として，ベクトル解析の講義ノート，偏微分方程式の講義ノートも併用すること。

※回路の勉強には，電気回路学のノートと電子回路学のノートがある。

なお，電磁気学の勉強をさらに進めると…

• 電磁波を光の範囲で扱う「光学」（→ノート）

• マクスウェル方程式から導出される自然な帰結としての「相対論」（→ノート）

• 電磁場を量子化する「量子電磁気学」や「場の理論」

• 物質と電磁場の相互作用を学ぶ「物性物理」や「半導体物理（電子物性）」

• 有限要素法などの数値計算による電磁場の解析シミュレーション

• 「電磁波工学」や「光計測」などの工学的応用

といった科目が待っている。　すべて電磁気が基礎なので，ここで土台を固めておこう。

※電磁気をシンプルに表現するための「微分形式」の講義ノートはこちら。

（１）教養科目としての電磁気。　学部１年生向け

しっかり学べるPDF：

全学教育基礎科目　物理学III 2004年度 2005年度
http://www.ep.sci.hokudai.ac.jp/~heki...

• 北大の講義資料。

　その1（ベクトル解析基礎、Maxwell方程式）
　その2（静電場）
　その3（双極子、コンデンサ他）
　その4（静磁場）
　その5（変位電流、電磁誘導）
　その6（電磁波とその伝搬）

講義資料 | 電磁気学 I | 教養教育院 | 名大の授業 (NU OCW)
http://ocw.nagoya-u.jp/index.php?lang...

• 名古屋大の講義スライド。写真入りで，定性的な解説がメイン。

　第1回 電磁気学構築の歴史および身の回りの電磁気学的現象
　第2回 電磁気学を理解するために必要な数学　その１　微分と積分
　第3回 電磁気学を理解するために必要な数学　その２　ベクトル演算
　第4回 クーロンの法則
　第5回 電界と電束密度、ガウスの発散定理とガウスの法則の積分形と微分
　第6回 電位の定義、静電ポテンシャルエネルギー
　第7回 電気双極子、種々の帯電体による電界と電位の計算法
　第8回 導体、金属による静電遮蔽、アースの意味
　第9回 コンデンサ
　第10回 誘電体　コンデンサに蓄えられるエネルギー
　第11回 アンペアの定義　電流と回路　キルヒホッフの法則の導出
　第12回 ローレンツ力　磁性体　磁界と磁束密度
　第13回 アンペアの周回積分　ビオ・サバールの法則
　第14回 ストークスの定理　アンペアの周回積分の微分形　復習

基礎電磁気学ノート
http://www.mns.kyutech.ac.jp/~kishine...

• 九州工業大，９６ページ。

　第1章 電気の発見
　第2章 電荷と電場
　第3章 電場のフラックス，立体角，ガウスの法則
　第4章 場の解析，静電ポテンシャル，電位
　第5章 導体と自由電子
　第6章 電流
　第7章 磁場
　第8章 電流と磁場
　第9章 回転と循環
　第10章 変位電流
　第11章 電磁誘導

物理学概論II−電磁気学の部分−
http://www.cc.kochi-u.ac.jp/~tsue/gen...

• 高知大，44ページ。

　1章　数学的準備ーベクトル解析の初歩ー
　2章　電磁気学の基本法則
　3章　マクスウェル方程式からの帰結
　4章　電磁波
　5章　特殊相対性理論

Webページの形式で閲覧できるノート：

ＥＭＡＮの電磁気学
http://homepage2.nifty.com/eman/elect...

• 解説がしっかりしている。数式メインの説明とあわせてこのノートを読むと理解が深まる。

　第１部「マクスウェル方程式の出来るまで」
　第２部「マクスウェル方程式をいじりまわせ」
　第３部「現象論」

ときわ台学/電磁気学/講義ノート 目次
http://www.f-denshi.com/000TokiwaJPN/...

• シンプルなまとめ。
• 「電磁気学の原理」として，下記の３つのみを前提とし，ほかの式はこの３つから導出しているという点がユニーク。
  • （１）　クーロンの法則　（重ね合わせの原理）
  • （２）　ローレンツ変換則　（光速度不変の原理，特殊相対性原理）
  • （３）　電荷保存の法則
  • 「実験事実として証明抜きで受け入れるべき法則はこの３つだけであり，これらの法則から，ファラデーの法則，アンペールの法則，電磁波の発生などすべての電磁気現象を説明することができます。」

演習問題と解答：

大阪大学　理学部共通教育　物理２A(電磁気学)　学部１年対象　
http://osksn2.hep.sci.osaka-u.ac.jp/~...

• 大阪大。電磁波と回路までの範囲。毎回の問題と解答に，スライドによる講義資料が付属。

電磁気学Ｂ　配付資料　2004年度後期
http://home.sato-gallery.com/educatio...

• 東京農工大。マクスウェル方程式の基礎までの演習問題と解答。やさしめ。

電磁気学：理学科物理コース
http://qube.phys.kindai.ac.jp/users/k...

• 近畿大，２１５ページ。教科書だが，練習問題にそのつど解答がついており，数学の基礎的な説明もある。
• 「電磁気学 I では真空中の静電場と静磁場について学び、電磁気学 II では 時間変動する電磁場や物質中の電磁場について学ぶ。関連して、電気回路や エレクトロニクスの初歩にも言及している。」

　第1章 物理数学
　第2章 電磁気学
　第3章 電磁気学

動画で学ぶ：

大学の電磁気学の，講義の動画をYoutubeで。日本と海外の大学の授業
http://study-guide.hatenablog.jp/entry/20140615/p2

（２）専門科目としての電磁気。　学部２〜３年生向け

しっかり学べるPDF：

電磁気学・電磁物理学　講義ノート
http://www.tac.tsukuba.ac.jp/~yaoki/d...

• 筑波大の物理学系，２５１ページ。

　第1章 立体角、微分 その他
　第2章 電磁気学の法則
　第3章 Coulombの法則
　第4章 電流
　第5章 静磁気
　第6章 電場と磁場
　第7章 磁場と電荷の相互作用
　第8章 場のエネルギー運動量密度
　第9章 輻射
　第10章 電気的双極子からの輻射
　第11章 Lienard-Wiechertのpotential
　第12章 輻射の反作用
　第13章 特殊相対論
　第14章 Laplaceの方程式を解く
　第15章 もう一度電流について
　第16章 磁気能率と磁性
　第17章 電磁場中での荷電粒子の軌跡
　第18章 円筒対称な場の中の荷電粒子の運動
　第19章 導波管
　第20章 光源の物理
　第21章 光の散乱
　第22章 多重極展開

電磁気学講義ノート２０１３―–大学初年度生から研究者まで―–
http://www.quant-ph.cst.nihon-u.ac.jp...

• 日大，１３８ページ。

　第１章　静電場
　第２章　電場と電位
　第３章　Gaussの法則
　第４章　Poisson方程式
　第５章　電場のエネルギー
　第６章　電気容量
　第７章　誘電体
　第８章　物体に働く力
　第９章　定常電流
　第１０章　電流の作る磁場
　第１１章　磁場と磁性体
　第１２章　電磁誘導
　第１３章　電磁波
　第１４章　磁場の量子力学

特に「物質中の電磁場」についてのノート：

電磁気学2　講義ノート
http://www.rs.tus.ac.jp/nikuni/elemag...

• 東京理科大の物理学科。８５ページ。

　第1章 静電場の特殊解法
　第2章 物質中の電場
　第3章 物質中の磁場
　第4章 変動する電磁場

2011年度版　電磁気学4　講義概要
http://www.hikari.scphys.kyoto-u.ac.j...

• 京大の講義資料。

　1　真空中のMaxwell方程式
　2　物質中のMaxwell方程式
　3　物質中の電磁波
　4　幾何光学
　5　伝送線路と交流回路
　6　光の回折
　7　光の散乱
　8　現代の電磁気学

専攻科　電磁気学特論 I
http://inside.gunma-ct.ac.jp:8080/elc...

• 群馬高専。物質中の電磁場について詳しい。

　物質中の電磁気学：巨視的な電流と電荷
　物質中の電磁気学：巨視的Maxwell 方程式、境界条件
　物資中の電磁気学：分子の電場、電気分極率の密度・温度依存性
　物質中の電磁気学：物質の磁性
　物質中の電磁気学：Ohmの法則、電気伝導度
　物質中の電磁気学：線形媒質中の平面波、境界面への垂直入射、斜め入射
　物質中の電磁気学：Zenneckの表面波
　物質中の電磁気学：Cherenｃov放射

Webページの形式で閲覧できるノート：

電磁気学
http://www.moge.org/okabe/temp/elemag/

• 放送大。非常に良いノート。PDF版：http://www.moge.org/okabe/temp/elemag.pdf
• ベクトルポテンシャルを重視。 単位系についても詳細な解説あり。パラドックスとその解答についての説明もある。

　序論
　スカラー場とベクトル場
　電磁場の基本方程式
　一次元の電磁気学
　物質と電磁場
　ポテンシャル
　磁場とベクトルポテンシャル
　力とエネルギー
　動的電磁場
　導体とポテンシャル
　相対性原理
　パラドックス
　超伝導体とポテンシャル
　単位系について
　作用積分
　ベクトルの公式
　パラドックスの解答

演習問題と解答：

2012年度 夏学期講義 電磁気学第二 三尾
http://www.g-munu.t.u-tokyo.ac.jp/mio...

• 東大。講義ノートと，まとめまで付いている。問題と解答。

　０　Maxwell方程式の復習「マックスウエル方程式」
　１　電磁波の発生「電磁波の発生」「電磁波の散乱」
　２　種々の電磁現象「導体と電磁場」「誘電体」「磁性体」
　３　特殊相対性理論　「特殊相対論」

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