「地球惑星物理学基礎III電磁気学」シラバス

基本情報

曜日と時間: 水曜２限 (10:30-12:00)
講義日程: 今のところ、全学的な休講日以外に休講を予定しているのは、10/30, 11/6 です。その場合は、全部で 12 回の講義があります。なお、休講の予定は変わる可能性もあるので、その都度注意してください。場合によっては、補講の可能性もあります。
内容: 電磁気学：地球科学者向の電磁気学の基礎的な講義をします。電磁気学は、地球科学においてはそれほどあからさまに出てこないようでありながら、実は暗にいろいろなところで出てきています。たとえば、偏光顕微鏡観察やリモートセンシングは電磁波を利用しています。地球の物質が固まって存在しているのは電気の力のおかげです。そういう意味で、地球惑星科学にとって電磁気学の基礎を知っていることは必要です。本講義では、Maxwell 方程式と電磁気力の式から天下り的に出発して、電磁気学の概観を解説します。とくに、地球科学では電磁波を利用することが多いことから、電磁波とその物質との相互作用に重点をおきます。
担当: 吉田茂生（居室:E162, 内線：4580, e-mail:yoshida@eps.nagoya-u.ac.jp）
単位数: ２単位
評価の方法: 出席とレポートを元に決めます。試験は行いません。出席は１回１０点に換算し（遅刻早退は減点）、レポートは問題によりますが、だいたい１題１０点満点で採点します。その合計点を元に評価します。だいたいの目安は、８割以上が優、６割以上が良、４割以上が可、４割以下が不可、です。ただし、授業態度なども加味しますし、基準は、年によっても多少は動かします。しかし、このように、基本的には日常点で評価するので、ふだんさぼっておいて講義の最後になって何とかして下さいというのは認められません。特例として、すでに電磁気学の知識が十分にある者は、受講しなくても優を付けます。第１回目に私に申し出て下さい。十分な知識があるかどうか口頭試験をします。
レポート: 毎回、練習問題を出します。翌週の月曜日までに解いて、レポートを作成し、E162 号室の前のかごに入れておいてください。レポートということは、問題に対して、単に最終的な答えが合っていれば良いということではなく、解く過程や論理の流れや書き方も評価の対象になります。また、提出期限に遅れたものは減点とします。また、レポートには、講義に対する質問や要望も適宜書いて下さい。もっとも、疑問はその場で解決する方が良いので、質問は講義時間内にしてくれた方が望ましいのではありますが。

講義の内容

講義の状況に応じて変わる可能性もありますが、だいたい以下の通り。

Part1 力と電磁場 
  1-1 登場人物紹介
      電荷、電流、電場、磁場
  1-2 電荷と電流にはたらく力
  1-3 電磁場中の電荷の運動
      粒子の運動方程式、常微分方程式の基礎
Part2 電磁場の変化の法則
  2-1 マックスウェル方程式
      マックスウェル方程式、電磁気学の単位系、ベクトル解析の基礎
  2-2 ベクトルポテンシャル、スカラーポテンシャル
  2-3 簡単な静電磁場
      点電荷が作る電場、線電流が作る磁場、電気双極子、磁気双極子
  2-4 電磁波
      電磁波の方程式と簡単な解
Part3 電磁場と物質の相互作用
  3-1 導体
      オームの法則、導体中の電磁波
  3-2 誘電体
  3-3 磁性体

参考書

今年は教科書を指定することにしました。それは

佐川弘幸・本間道雄著「物理学スーパーラーニングシリーズ電磁気学」（シュプリンガーフェアラーク東京）

です。基礎的なことが網羅されていて、分かり易いと思ったのと、１冊にまとまっていて割と安い（電磁気の教科書は２冊になっているものが多い！）ということで指定しました。皆さん購入してください。ただし、これに沿って講義を進めるというわけではなく、丁寧な説明、あるいは自習が必要になったときに、随時利用するという形式にします。もともと半年１コマだけで電磁気学をマスターしようというのは時間が足りなくて、私も説明不足になりがちなので、こういう教科書で補っていただくという気持ちです。

電磁気学の教科書はたくさん出版されています。本講義は基礎的なことしかやらないので、その他の参考書としては、そのどれを参考にしても良いと思います。参考までに、以下に、代表的なものを挙げておきます。 ○がついているのは、私が持っているものです。そうでないものは持っていないので、論評はあてにならないところがあります。

初級者向け
- 物理学スーパーラーニングシリーズ（シュプリンガーフェアラーク東京）
  
  佐川弘幸・本間道雄「電磁気学」○
  今回の教科書に指定したもの。基礎的なことが網羅されていて、かつ分かり易いと思います。
- 岩波物理入門コース
  
  長岡洋介「電磁気学 I, II」
  基本的な事柄だけを選んでコンパクトに書いてあります。
- バークレー物理学コース（丸善）
  
  「電磁気学　上下」
  基本的な事柄をていねいに書いてあります。
- 朝倉書店　基礎の物理
  
  永田一清「電磁気学」
  清水忠雄「電磁波の物理」○
  永田著のものは、基礎的なスタンダードなもの。清水著の方は、すでに電磁気学の基礎を知っている人が、電磁波について学ぶ本。こちらは中級者向け。私は、学部の３年生の時にこの教科書を元にした講議を清水先生本人から受けました。物理屋向けとしてはスタンダードと言えますが、地球科学屋としては、必要な事柄が入っていない部分があります。
標準的教科書（中級者向け）
- 岩波基礎物理コース
  
  川村清「電磁気学」
  中山正敏「物質の電磁気学」
  標準的な教科書のようです。
- 培風館　新物理学シリーズ
  
  平川浩正「電磁気学」○
  平川浩正「電気力学」
  電磁気学の方は、私が３年生の時の講議で指定されました。いろいろなことがコンパクトに書かれていて、薄い割に充実しています。ただ、電磁気学全体の構造がちょっと見にくくなっている意味があります。電気力学の方は電磁波関連。
- 砂川重信「理論電磁気学」（紀伊国屋書店）○
  私が持っているのは第２版で、現在出ているのは第３版。スタンダードに王道を行っているという感じで、昔から定評があります。
- ジャクソン「電磁気学　上下」（吉岡書店）○
  世界的に電磁気学の教科書の決定版といわれているものです。現在第３版がでています。前半が SI 単位系、後半が Gauss 単位系。網羅的に何でも書いてあります。
- パノフスキー・フィリップス「電磁気学　上下」（吉岡書店）
  これも標準的な教科書のようです。
個性的な教科書、上級者向けの教科書
- ファインマン物理学（岩波書店）
  
  「III 電磁気学」○
  「IV 電磁波と物性」
  電磁気学の方は、私が１年生の時の講議で指定されました。初級者向けですが、上級者にも役に立ちます。物理的なイメージが明確に書かれていて、わかりやすいです。物理的なイメージが分からなくなったら、この本を見ると答えが書いてあります。それで、上級者にも役に立ちます。ただ、あまり例題は出ていないので、問題を解くのにはあまり役に立ちません。
- ランダウ・リフシッツ理論物理学教程（東京図書）
  
  「場の古典論」○
  「電磁気学 1,2」
  ファインマンとは対照的に、ひどく簡潔な言葉でかなり高級なことまで盛り込んである本。上級者向き。ランダウの教科書は物理学科の人々にはカリスマ的な人気があります。たぶんちょっと禅問答的で格好良いせいだと思います。
- 太田浩一「電磁気学 I, II」（丸善）○
  最近出た教科書で、歴史的なことにも注意を払っていて、内容に深みがあります。基礎的なことからはじまって、微分形式を用いた定式化、解析力学、量子論まで現代的な書き方で書かれています。D, H を使わず、 E, B のみを使うべきだという主張で一貫しています。
- 牟田泰三「電磁力学」（岩波書店）
  電磁気学を一回勉強した人が、骨組みを復習して、ゲージ場の理論にいたる構造を知るための本。
- 今井功「電磁気学を考える」（サイエンス社）○
  著者は流体力学の大家で、流体力学を勉強したことがある人には分かりやすい形式で書いてある独特の教科書。電磁気学と流体力学を勉強した人が、まさに電磁気学を考えるのに良い本。ただし、誘電体、磁性体の取扱いには問題があると思います。