社会人・大学生のための大学物理｜電磁気学をマクスウェル方程式まで

大学の電磁気学は、法則の数は少ないのに、記号の壁が高い分野です。まずはガウスの法則を、計算ではなく「電気力線の本数を数える」絵として捉え直します。閉じた面をひとつ思い浮かべてください。その内側に電荷があれば、そこから出た線は必ず面を突き抜けて出ていきます。ところが外側の電荷から来た線は、面に入ったぶんだけ必ずどこかから出ていきます。だから差し引きはゼロ。閉曲面の外の電荷が、どれだけ強くても積分に効かない理由はここにあります。この見方が入ると、積分形と微分形の関係も「面全体でまとめて言うか、一点ごとに言うか」の違いとして自然に読めるようになります。

本講座では、こうした「絵」と「式」を行き来しながら進めます。学んだ内容は、そのまま次のような場面で活きてきます。

• 大学の授業
  講義の予習復習、演習問題、レポートと定期試験の対策
• ベクトル解析
  発散と回転が何を測っているのか、記号を意味として読む練習
• 電磁波と通信
  四つの式から光速が現れる筋道、アンテナや導波路の考え方

さらに、電磁気学が相対性理論とつながる場面にも触れます。高校範囲に不安のある方は、高校の電磁気学から並走できます。同じ大学物理の力学と合わせると、場と運動の両輪が揃います。

なお、ベクトル解析や微積分に不安があっても構いません。必要な数学は、電磁気の文脈のなかで並行して補います。

よくある質問

Q．発散や回転といったベクトル解析の記号でつまずいています。
A．多くの方が同じところで止まります。発散は「湧き出しの量」、回転は「渦の強さ」という意味から入り、記号は後から当てはめる順序で進めますのでご安心ください。

Q．積分形と微分形は、何が違うのですか。
A．同じ内容を、広がりでまとめて述べるか、一点ごとに述べるかの違いです。どちらの形が計算に便利かは問題によって変わりますので、その使い分けも扱います。

Q．大学の試験やレポートの対策になりますか。
A．なります。お使いの教科書や配布資料、過去問をお持ちいただければ、それに沿って進められます。答案の書き方についてもご相談いただけます。

Q．マクスウェル方程式から電磁波が出てくるところまで進めますか。
A．進めます。四つの式を組み合わせると波の方程式が現れ、その速さが光速と一致します。ここは電磁気学の見どころですので、ぜひ一緒に辿りましょう。

物理の学び進め方や料金・受講の流れは、物理の学び直し 個別指導のページでご案内しています。

※内容はお客様のご要望等によって変更することがあります。

・大学の電磁気学の授業やレポート、定期試験の対策をしたい方
・ガウスの法則やアンペールの法則を、式の意味から理解したい方
・発散や回転といったベクトル解析の記号でつまずいている方
・電気・通信・電子系の仕事で、電磁気の土台を固め直したい方
・マクスウェル方程式から電磁波が現れる筋道を追いたい方

1)電荷に働く力
2)静電場の性質
3)静電場の微分法則
4)導体と静電場
5)定常電流の性質
6)電流と静磁場（Ⅰ）
7)電流と静磁場（Ⅱ）
8)電磁誘導の法則（Ⅰ）
9)電磁誘導の法則（Ⅱ）
10)マクスウェルの方程式と電磁波
11)物質中の電場と磁場
12)変動する電磁場と物質