趙振中

摘 要：由于電磁場是物理學(xué)系統(tǒng)理論知識中比較重要的一個知識點，因此，對于電磁場的分析和研究方法有許多種，大多都很復(fù)雜。但是，可以根據(jù)三維空間關(guān)系，結(jié)合狹義相對論，來討論運動電荷所具有的相對性關(guān)系。一旦得出了運動電荷的相對性關(guān)系，那么，電磁場的相對性關(guān)系就顯得尤為簡單了。對此，本文基于相關(guān)理論知識，使電荷在電磁場中作不同的相對性變換，從而得出不同參考系中電場和磁場的相對性關(guān)系。

關(guān)鍵詞：電磁場；運動電荷；慣性參考系；狹義相對論

中圖分類號：O241.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）17-0249-01

1 電荷電磁場的相對性變換

通過測量出不同參考系中電場和磁場的大小，同時，結(jié)合狹義相對論來對測量出的電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度進(jìn)行分析。由于電荷不會隨洛倫茲變換而改變，因此，只能通過變換其它方式來討論電場。假定一慣性參考系B中測出的電場強(qiáng)度為E，那么在慣性參考系B′中，使其以速度沿著B參考系的x軸正向運動的電場強(qiáng)度E′的大小可以根據(jù)高斯定理求出。具體方法如下圖1所示。

如圖1（a）所示，慣性參考系B中有兩片密度均勻的電荷層，其電荷層密度分別為+δ和-δ。它們的邊長都為b，并且平行于xOy平面。由于兩個電荷層之間的距離很小，因此，它們中間為均勻電場。測得B參考系中電場大小為E=δ/，方向沿z軸正向。如圖1（b）所示，如果從B'參考系中觀察，兩個電荷層不再是邊長相等的正方形，沿x'邊的長度減小為b，式中β=/c。由于電荷不變，因此q=q。所以，B參考系中的電荷密度大小分別是：+δ=δ（1/），-δ=-δ（1/）。由于其兩片電荷層之間距離很小，因此也形成均勻電場，其方向沿z軸正向。由此可知，E=δ/=E/=γE，式中γ=1/。在不同電磁場相對性變換中，此關(guān)系式均成立。

2 電荷電磁場變換

使一個電荷層面密度為δ的均勻電荷層以速度作平行于自己的運動，那么它形成的面電流的密度大小為j=δ。因為運動的電荷層會同時產(chǎn)生電場和磁場，所以可以由兩個平行且均勻帶電的電荷層得出電磁場的普遍變換關(guān)系，這兩個電荷層靜止時的電荷面密度和=-。

3 任意相對方向勻速運動點電荷電磁場的相對性

將點電荷放于參考系B的原點處，使參考系B以速度沿參考系B任意方向運動，這個時候，運動電荷所產(chǎn)生的磁場和電場在兩個參考系中的關(guān)系不再滿足上述的式子。

這兩個式子，就可以計算出任意相對方向勻速運動點電荷的電磁場的各項參數(shù)。

4 結(jié)語

經(jīng)上述分析可以得出以下結(jié)論：當(dāng)一靜止電荷在某一慣性參考系中受到電場力作用時，它不會產(chǎn)生磁場，但在另一慣性參考系中，卻會產(chǎn)生電場與磁場。從這里我們可以知道，電荷在電場或磁場中的受力情況會隨著參考系的改變而改變。電場力的實質(zhì)是：電磁作用是在不同坐標(biāo)系中經(jīng)過變換而產(chǎn)生的。電磁作用主要表現(xiàn)為兩個方面：第一是電場力，第二是磁場力。參考系選取的不同，受力情況就會不同，但事物的本質(zhì)卻不會因此而發(fā)生改變。

參考文獻(xiàn)

[1]喬鳴忠，梁京輝，等.多相感應(yīng)電機(jī)場路耦合時步有限元分析[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2010，（24）.

[2]李旭，熊榮飛，王麗芳，何舉剛，湯軻.復(fù)雜整車結(jié)構(gòu)的電磁兼容多軟件聯(lián)合建模[J].微波學(xué)報，2014，（01）.endprint