電験二種講座,講義紹介:電磁気学1(数学ガイダンス〈微分,積分,ベクトル〉,静電界)

電験二種講座に関しては,「予約受付を開始した」講義ではなく,「次回の」講義について簡単に紹介していきたいと思います。

といいますのも,電験二種講座では,参加される方の顔ぶれや皆さまから出た要望なども踏まえて,講義内容をある程度柔軟に決めていきたいと考えているからです。

電磁気学の1回目の講義「数学ガイダンス〈微分,積分,ベクトル〉,静電界」へ参加される皆さまの顔ぶれもだいぶわかってきましたので,以下のような内容になりました。

※あくまでも「簡単な紹介」ですので,講義で扱う全ての項目に触れているわけではありません。

数学ガイダンス〈微分,積分,ベクトル〉

『電験二種用の数学』といった書籍であれば「全部」説明しなければならないでしょう。
「電験二種の数学講座」といった講義であれば「全部」説明しなければならないでしょう。

しかし「全部説明する」ことこそが,「数学に苦手意識を持っている方々」にとって学習の障害になっていると感じています。

この数学ガイダンスは「電磁気学の講義の一部」として行われるため,「当面必要な,重要なもの」にフォーカスして説明することになるのですが,それがむしろ「数学に苦手意識を持っている方々」にとってはよいことなのではないかと考えています。

微分

「微分する」ということはいったい何をやっているのか,まずは「体験学習」的なものを行います。

その後,導関数の導き方を説明し,あとは代表的な関数とその導関数を,グラフを見比べながら紹介していきます。

また,微分で使われる公式も簡単な例を交えながら紹介していきます。

積分

よくある説明として「(定)積分とは,グラフ上の面積を求めていることに相当する」というものがあります。

もちろんそれは正しい説明なのですが,積分を行う際に毎度毎度そのようなことを考える必要もないでしょう。

実際には,イメージ通りに正しい式を立てることができて,その式を計算できればよいのです。

ベクトルの内積(スカラー積)と外積(ベクトル積)

電験二種の問題では内積や外積といった表現は使われていないのですが,最近出版された参考書のなかに,内積や外積を使っているものがあるようです。

皆さんが購入した参考書で内積や外積が使われている場合,内積や外積についての「正しい」知識・理解がなければ,その参考書を「正しく」読み進めることができません。

内積や外積を講義で紹介するかどうかは悩ましいところだったのですが,上記の参考書を見て踏ん切りが付きました。

内積や外積についての正しい説明をいたします。

内積や外積が理解できれば,三種ですでに習得している内容を「一段高いところから」見下ろすことができるでしょう。

ベクトル場の線積分と面積分

ベクトル場の線積分と面積分も上記の参考書で使われているので,講義で説明しておく必要性を強く感じました。

線積分と面積分が理解出来れば,こちらも三種ですでに習得している内容を「一段高いところから」見下ろすことができるでしょう。

オマケ

三角関数のとある公式について,少し面白い導出?方法を紹介したいと思っています。(無料体験教室では紹介していません)

静電界

「静」電界などと呼んでいるということは,「静じゃない電界」もあるということです。

電験の参考書では「静じゃない電界」についてはあまり言及されていないようですが,知っていてもよいでしょう。

「静じゃない電界」を知ることで,「静電界」に対するイメージがより明確になるはずです。

電界

様々な例において,ガウスの法則を使って電界の大きさを調べられるようになりましょう。

かなりの部分が「三種の復習」になるでしょうが,三種では扱わなかったような例も計算してみます。

電位

三種との違いはなんといっても,「電界を積分して電位を計算する」ところにあります。

もちろん,積分の計算が出来るようになることが大事なのですが,せっかくですから,いろいろと考察をしてみてもよいでしょう。

  • 無限遠点の電位を「絶対的ゼロボルト」として扱うのは妥当なのか
  • 無限遠の電界がゼロになるのなら,必ず無限遠の電位はある値に収束するのか

などなど。

電界と電位の関係

微分・積分を知ったのですから,電界と電位の関係ももう一度しっかりと捉え直してみましょう。

また,「ありがちな誤解」についても検証してみたいと思います。

導体

三種において学習した「導体をどうみるか」ということを復習したうえで,三種の講義では紹介しなかったテーマについても紹介したいと思います。

電気影像法

過去に出題されているような簡単な例について紹介します。



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