劉俊汐

摘 要 本文針對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷電磁場(chǎng)的相對(duì)性進(jìn)行分析，研究了不同參照系中電荷的運(yùn)動(dòng)情況研以及不同參照系運(yùn)動(dòng)電場(chǎng)和運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)的相對(duì)論特性，最后對(duì)電磁場(chǎng)基本方程的協(xié)變性進(jìn)行簡(jiǎn)單的公式推導(dǎo)，得出運(yùn)動(dòng)電荷電磁場(chǎng)具有相對(duì)性。

關(guān)鍵詞 電磁場(chǎng)；運(yùn)動(dòng)電荷；相對(duì)性；參考系

中圖分類號(hào) O4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）11-0006-01

電磁場(chǎng)在科學(xué)研究及實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，同時(shí)在許多技術(shù)領(lǐng)域也存在問(wèn)題，特別是量子光學(xué)以量子信息。隨著電磁場(chǎng)在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，研究其特性是物理學(xué)中至關(guān)重要的一部分。

電磁場(chǎng)包括電場(chǎng)以及磁場(chǎng)2個(gè)部分，它們是物質(zhì)的2個(gè)方面，由于電磁場(chǎng)具有其自身的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，所以在特定的參考系中會(huì)呈現(xiàn)相異的性質(zhì)。而在參考系改變的時(shí)候某慣性系靜止的電荷只產(chǎn)生靜電場(chǎng)，不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，但是此電荷可能相對(duì)于不同的慣性系是非靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)的電荷既能夠產(chǎn)生電場(chǎng)，還能夠使得磁場(chǎng)產(chǎn)生，通常情況下是從愛(ài)因斯坦的相對(duì)論理論角度來(lái)研究電磁場(chǎng)之間的轉(zhuǎn)化問(wèn)題。本文應(yīng)用相關(guān)的理論及方法，研究運(yùn)動(dòng)電荷電磁場(chǎng)的相關(guān)內(nèi)容。

1 電磁場(chǎng)的相對(duì)性變換

將各不相同的參考系中的電場(chǎng)及磁場(chǎng)之間的相對(duì)性及運(yùn)動(dòng)關(guān)系測(cè)量出來(lái)是電磁場(chǎng)的相對(duì)變換研究的主要內(nèi)容，根據(jù)狹義相對(duì)論原理，對(duì)于做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的各不相同的兩個(gè)慣性參考系研究其所形成的電磁場(chǎng)之間的變化規(guī)律，因?yàn)殡姾稍诼鍋銎澴儞Q下是不變量，所以就需要改變電場(chǎng)E的討論方法。第一步，假設(shè)電場(chǎng)E是在慣性參考系S中測(cè)得的，那么S參考系的相對(duì)于慣性參考系就為參考系S′，參考系S′以速度v沿S參考系的x軸正向運(yùn)動(dòng)，其電場(chǎng)為E′，根據(jù)高斯定理得出電場(chǎng)E′的數(shù)值，圖1為原理方法。

在圖1（a）中慣性參考系S里包含+σ及-σ兩片均勻電荷層，+σ及-σ電荷層的邊長(zhǎng)是b，和xOy平面是平行關(guān)系，它們之間可以形成勻強(qiáng)電場(chǎng)，S慣性參考系中測(cè)出的電場(chǎng)沿Z軸正向的，大小是E=εσ0。在圖1（b）中如果以S′參考系角度來(lái)看，成正方形的+σ及-σ兩電荷層將會(huì)延x′邊的長(zhǎng)度縮短為b1-β2。所以，+σ及-σ電荷層以平行四邊形的形狀呈現(xiàn)在S′參考系中。上述內(nèi)容主要對(duì)兩個(gè)對(duì)立參考系S和S′中電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相對(duì)性關(guān)系進(jìn)行了分析。某一靜電荷在S參考系中所產(chǎn)生的電場(chǎng)E變換為S′參考系的電場(chǎng)E′的過(guò)程，稱為電磁場(chǎng)的相對(duì)性變換。下面討論電磁場(chǎng)的變換問(wèn)題，以下為討論的方法：面密度是σ的一均勻的面電荷層，此項(xiàng)電荷層做與自身相平行運(yùn)動(dòng)，v為運(yùn)動(dòng)的速度。因電荷層在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，故可以通過(guò)兩個(gè)相互平行的均勻帶電平面得出一般情況下的電磁場(chǎng)變換關(guān)系。

2 靜止電荷對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用

為了結(jié)論的客觀真實(shí)性，必須對(duì)靜止電荷對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)的分析，研究?jī)烧咧g的影響關(guān)系及運(yùn)動(dòng)關(guān)系。假如有處于靜止?fàn)顟B(tài)的相對(duì)于參考系S，q1是其場(chǎng)源電荷，另一個(gè)電荷q2為檢測(cè)電荷，其相對(duì)于場(chǎng)源電荷q1沿X軸的正向運(yùn)動(dòng)，速度為v，若作為S參考系的對(duì)應(yīng)S′參考系也與檢測(cè)電荷q2一樣以速度v沿X軸的正向運(yùn)動(dòng)，可以得出由相對(duì)于參考系S′來(lái)說(shuō)，檢驗(yàn)電荷q2是靜止的。

所以，首先將參考系S′中量電荷q1、q2的相互作用力求出，通過(guò)力的相對(duì)論關(guān)系式可將參考系S中的力的作用關(guān)系求出。因?yàn)樵趨⒖枷礢中場(chǎng)源電荷q1是靜止?fàn)顟B(tài)，所以產(chǎn)生靜電場(chǎng)，作為檢驗(yàn)電荷的q2相對(duì)于參考系S′同樣是靜止?fàn)顟B(tài)，只有電場(chǎng)力的作用。結(jié)合以關(guān)系，推導(dǎo)出在S參考系中q1、q2的作用力，得出靜止電荷對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用和運(yùn)動(dòng)速度沒(méi)有關(guān)系并滿足庫(kù)倫定律。

3 電磁場(chǎng)基本方程的協(xié)變性

電磁場(chǎng)的協(xié)變性以及不變量在經(jīng)典場(chǎng)理論和量子場(chǎng)理論中都是重要的基礎(chǔ)，它們是相互協(xié)調(diào)一致的，僅僅只是看待角度不同，電磁場(chǎng)的協(xié)變性是從場(chǎng)方程的角度看，電磁場(chǎng)的不變量是從場(chǎng)量上去看問(wèn)題。協(xié)變性是普遍的一種性質(zhì)，而不變量在特殊的情況下有一定局

限性。

4 結(jié)論

本文通過(guò)研究電磁場(chǎng)的相對(duì)變換、靜止電荷對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷所產(chǎn)生的作用以及電磁場(chǎng)基本方程的協(xié)變性等內(nèi)容，得出運(yùn)動(dòng)電荷電磁場(chǎng)具有相對(duì)性，靜止的電荷在同一參考系中只會(huì)產(chǎn)生靜電場(chǎng)，但相對(duì)于不同的參考系，靜止的電荷是在做運(yùn)動(dòng)的，進(jìn)而會(huì)有電場(chǎng)和磁場(chǎng)形成，從而會(huì)使得靜電場(chǎng)、動(dòng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間相互轉(zhuǎn)化。

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