Electromagnetism C

Numbering Code U-SCI00 33226 LJ57 Year/Term 2021 ・ Second semester
Number of Credits 2 Course Type Lecture
Target Year 3rd year students or above Target Student
Language Japanese Day/Period Tue.1
Instructor name TANAKA KOUICHIROU (Graduate School of Science Professor)
Outline and Purpose of the Course  この講義では、基本的な電磁気学の学習が終わっている学生諸君を対象に、Maxwell方程式を前提として、物質中の電磁気学、電磁波とその伝播、散乱と回折などを述べる。必要な数学的な課題や基本的な問題、発展的問題を随時宿題でだす予定である。毎回の講義では前回の簡単な復習を行ったあとに、一つないしは二つのテーマについて的を絞って述べる。
 電磁気学は見事な古典物理学の集大成である。よく知られているように、相対論も電磁気学の理論体系の緻密な検討から生み出された。したがって、力学のように相対論の荒波をうけて修正する必要はなかったのである。このような見事な体系を数式で表現したのがMaxwell方程式であり、物理学を志すものにとってはその理解が必須である。しかし、この方程式は奥が深く、いろいろな課題に適用してはじめてその味わいがわかってくる。そこで本講義では、具体的な課題を幾つかとりあげて、電磁気学を学ぶことを目指す。例えば、Maxwell方程式から導かれる動的な電磁場である電磁波の様々な特性は、電気回路、光学、物質との相互作用の理解に欠かせない。後半では、散乱現象をとりあげる予定である。
Course Goals 物質中の電磁気現象を記述するマクロなマックスウェル方程式を理解し、それをもちいて具体的な電磁気学現象を考察できるようになる。
Schedule and Contents それぞれの項目に関して1-2回の授業

1.イントロダクション ― 電磁気学の重要性 - 
  最初に電磁気と現代科学の関連について紹介する。
  
2.真空中のMaxwell方程式
  ロレンツゲージとクーロンゲージ、縦場と横場
 
3. ミクロな電気分極・磁気分極と粗視化
  粗視化による物質中のMaxweii方程式の導出
  誘電体のエネルギー

4.電磁場の作用積分と境界条件
  ラグラジアンを用いたMaxwell方程式の導出、Maxwellの境界条件
  アクシオン場

5.電磁場のエネルギー、運動量

6.物質中のMaxwell方程式と応答関数
  
7.真空中の電磁波の解
  平面波、球面波、偏光状態、ビーム伝搬

8. 平面境界での光の反射・屈折現象

<応用編>

光散乱の基礎 スカラー場による議論

もしくは

非線形な光学応答
Course Requirements 物理学基礎論B, 電磁気学A を履修していることが望ましい。
Study outside of Class (preparation and review) 復習及び授業中に出された宿題を行うことが必要である。
Textbooks Textbooks/References 基幹講座 物理学  電磁気学 II, 大野木哲也、田中耕一郎, (東京図書), ISBN:448902245X, (この本の前半を中心に講義します。)
References, etc. Classical Electrodynamics, John David Jackson, (Wiley), ISBN:047130932X, 電磁気学の基礎を詳細に説明した良書。問題も面白い。
電磁気学の基礎 I, 太田浩一, (東京大学出版会), ISBN:4130626132, 電磁気学の構成が歴史的経緯をふまえて詳細に解説されている。
電磁気学の基礎 II, 太田浩一, (東京大学出版会), ISBN:4130626140, 電磁気学の構成が歴史的経緯をふまえて詳細に解説されている。
ファインマン物理学〈3〉電磁気学, ファインマン, (岩波書店), ISBN:4000077139, ファインマンらしい独特の視点からの電磁気学の教科書。おすすめです。
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