電磁気学[物質基礎科学コース]

電磁気学

本講義では前期課程で学んだMaxwell方程式から出発し、主に電磁波の伝播、放射、散乱について学ぶ。講義の前半ではマクスウェル方程式を自在に扱うためのベクトル解析の習熟に重点を置き、電磁波の伝播および物質中のマクスウェル方程式を学ぶ。後半では特殊相対性理論を概観し、マクスウェル方程式がローレンツ不変であること、およびマクスウェル方程式の４元ポテンシャル表現を紹介する。また、ローレンツモデルを基に、物質と電磁場の相互作用の基礎を学ぶ。

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授業計画

[第1回] 電磁気学の基本関係式(1)（Maxwell方程式、Lorentz力、電荷保存則） [第2回] 電磁気学の基本関係式(2)（電磁ポテンシャル、ゲージ変換、縦横分解） [第3回] 真空中の電磁波（Helmholtz方程式、偏光、Poyntingベクトル）　 [第4回] 物質中の電磁場(1)（分極電荷、分極電流、誘電率、Lorentz-Drude模型) [第5回] 物質中の電磁場(2)（磁化、透磁率、磁荷） [第6回] 電磁場の境界条件(1)（反射、透過、屈折、分散） [第7回] 電磁場の境界条件(2)（導波路中の電磁波，空間モード） [第8回] 特殊相対性理論(1)（Lorentz変換、Lorentz収縮、Doppler効果) [第9回] 特殊相対性理論(2)（Minkowski空間、４元ベクトル、固有時) [第10回] 特殊相対性理論(3) (電磁場のLorentz変換、電磁場のエネルギー・運動量テンソル） [第11回] 特殊相対性理論(4)（質量とエネルギーの関係、荷電粒子の運動） [第12回] 電磁輻射(1)（遅延ポテンシャル、双極子輻射） [第13回] 電磁輻射(2)（Thomson散乱、Rayleigh散乱、チェレンコフ放射） ※各単元の順番は前後する可能性がある。