电磁场的相对论效应
带电粒子在电磁场中运动的相对论效应
带电粒子在电磁场中运动的相对论效应
等离子体理论研究中，电磁场是一种重要的物理场，它可以改变电荷粒子的运动轨迹。
质点在电磁场中的运动受到电磁力的影响，当质点带有电荷时，电磁力会改变它的运动方向和速度。
受电磁场影响而发生的运动称为电磁力学运动。
在电磁场中，电子和其他带电粒子的运动受到电磁力的影响。
质点在电磁场中的运动被称为电磁力学运动，其中最重要的物理过程是电磁力对质点运动的影响。
当带电粒子在电磁场中运动时，它们会受到电磁力的影响，使它们的运动方向发生变化，这一现象被称为相对论效应。
相对论效应是一种由物理学家阿尔伯特·爱因斯坦提出的重要概念，它描述了带电粒子在电磁场中运动时受到电磁力的影响。
这种效应可以用一个方程式来描述，这个方程式可以用来描述带电粒子在电磁场中运动时所受到的电磁力的大小和方向。
这个方程式可以描述电磁力对带电粒子运动的影响，让我们更好地理解电磁力在电磁场中的作用。
相对论效应在等离子体物理中发挥着重要作用，它是研究等离子体物理的基础，它可以帮助我们更好地理解带电粒子在电磁场中的运动。
相对论效应可以用来解释在电磁场中受到电磁力影响而发生的各种运动，如电子在电磁场中的运动，以及电磁场对电子的影响。
因此，相对论效应是等离子体物理研究不可或缺的一部分，它可以帮助我们理解电磁场如何影响电子和其他带电粒子的运动，以及如何影响等离子体的行为。
相对论效应也是现代物理学的一个重要概念，因为它可以帮助我们理解电磁场如何影响物质的运动，以及它如何影响宇宙中各种运动现象。
电磁场的相对论变换
一、问题的提出电流是电荷的定向流动,而静止或运动都是相对于特定的参考系而言的;很自然地可以想到,若在一个参考系S 中静止的电荷,在S 系中观察只存在电场,在相对于S 系匀速运动的S'系中观察则同时存在电场和磁场；同样,在S 系中静止的两个电荷间只存在静电力,而在S'系中这两个电荷间不仅存在电的相互作用,还存在磁的相互作用;经典电磁学中感应电动势分为感生和动生两种,只具有相对意义;例如一个磁铁和一个线圈,当磁铁静止、线圈运动时,因线圈切割磁感应线而在其中产生动生电动势,此电动势是由磁场产生的洛伦兹力引起的；若线圈静止、磁铁运动时,线圈中因磁通量变化而产生感生电动势,此电动势是由涡旋电场引起的;上述两种情形是同一物理过程在两个不同参考系中观察的结果,得到不同的描述,这个问题也正是1905年爱因斯坦创立狭义相对论的那篇论文论动体的电动力学中一开始就提出的;物理现象不应随参考系而异;在不同参考系中,电磁规律的形式为何不同已建立的电磁规律是相对于哪个参考系的不同参考系中得到的电磁规律之间有什么相互关系电磁学中,无论速度多么低,伽利略变化都不再适用,解决这些问题要靠相对论;二、相对论力学的相关结论1、洛伦兹变换设有两个惯性系S 系和S'系,其对应的坐标轴互相平行,S'系相对S 系以速度V 沿x 轴正方向运动,在t=t'=0时刻两个参考系的原点重合;把时间写成虚变量w=ict,以x,y,z,w 为闵可夫斯基空间中的时空四矢量,洛伦兹变换为()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-='='='+='x i w w z z y y w i x x βγβγ ()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧'+'='='=''-'=x i w w z z y y w i x x βγβγ 式中i 为虚数单位,c V =β,211βγ-=,c 为真空中的光速;若A x ,A y ,A z ,A t 与x,y,z,w 一样地服从洛伦兹变换,即()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-='='='+='x t t z z yy t x xA i A A A A A A A i A A βγβγ ()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧'+'='='='-'=xt t zz yy t xx A i A A A A A A A i A A βγβγ 则它也是个时空四矢量;2、四维速度相对于粒子静止的时钟所显示的时间间隔d τ=γdt 称为它的固有时,固有时是洛伦兹变换中的不变量;四维速度u x ,u y ,u z ,u t 定义为⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧============ττττττττττττd d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d t ic t t w w u t v t t z z u t v t t y y u t v t t x x u t zz y y x x 四维速度是时空四矢量,它仍服从洛伦兹变换()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-='='='+='x t t z z yy t x x u i u u u u u u u i u u βγβγ ()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧'+'='='='-'=x t t z z yy t x x u i u u u u u u u i u u βγβγ3、四维动量四维动量是由三维动量()z y x p p p p ,,=和能量W 组成的四维矢量m0为静质量⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=====tt zz y yx x u m c Wi p u m p um p u m p 0000 m 0为静质量;四维动量是时空四矢量,它仍服从洛伦兹变换()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-='='='+='x t t z z yy t x x p i p p p p p p p i p p βγβγ ()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧'+'='='='-'=x t t zz yy t x x p i p p p p p p p i p p βγβγ三、电荷不变性与洛伦兹力公式的协变性在参考系变换时,物理量一般是变化的,规律的协变性要求规律中的物理量协同变换,而保持规律的形式不变;许多事实表明,一个物体中的总电荷量不因物体的运动而改变;例如实验测定速度为v 的带电粒子的荷质比满足22001cv m q m q -= 而质量随速度变化的相对论公式为2201c vm m -=比较这两个公式,暗示着带电体的电量q 不随运动速度而改变;又例如质子所带的正电量与电子所带的负电量精确相等;由于物体运动时,在其运动方向上长度将收缩,物体的体积也将收缩,故带电体的电荷密度不是不变量;若在某一参考系中观察到一个静止的带电体的电荷密度为ρ,在另一参考系中观察到带电体的运动速度为u,其电荷密度为ρ',则ρ'=γρ;相对性原理要求电磁学的基本方程在洛伦兹变换下要具有协变性;经典电磁学中的洛伦兹力公式B v q F⨯=只包含磁场力,不可能具有协变性,普遍的洛伦兹力公式应包含电场力,即()B v E q F ⨯+=这里的电场既包含库仑场,也包含涡旋场;四、电磁场的相对论变换公式在相对论力学中四维动量是时空四矢量,服从洛伦兹变化；但它对时间t 的导数⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧========P c itW c i t p f t u m tp f t um t p f t u m t p t zz z y y y x x xd d d d d d d d d d d d d d d d 000 即由力的三个分量f x ,f y ,f z 和功率P 的组合并不构成时空四矢量;若把dt 换成固有时间隔d τ,或者说在上述四个量上乘以τd d t⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧====ττττd d d d d d d d t P c i F t f F t f F t f F t zz y y x x就变成服从洛伦兹变换的时空四矢量()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-='='='+='x t t z z yy t x x F i F F F F F F F i F F βγβγ ()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧'+'='='='-'=x t t zz yy t x x F i F F F F F F F i F F βγβγ 电磁学中电荷q 受到的洛伦兹力和功率为()()()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧++=-+=-+=-+=z z y y x x x y y x z z z x x z y yy z z y x x E v E v E v q c iP ci B v B v E q f B v B v E q f B v B v E q f 乘以τd d t,得 ()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧++=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=z z y y x x t x y y x z t z z x x z y t y y z z y x t xE u E u E u q c iF B u B u E u c i q F B u B u E u c i q F B u B u E u c i q F根据洛伦兹变换下的协变性要求,从惯性系S 变换到惯性系S',上式应该具有的形式为()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧''+''+''='⎪⎭⎫ ⎝⎛''-''+''-='⎪⎭⎫ ⎝⎛''-''+''-='⎪⎭⎫ ⎝⎛''-''+''-='z z y y x x t x y y x z t z z x x z y t y y z z y x t xE u E u E u q c iF B u B u E u c i q F B u B u E u c i q F B u B u E u c i q F利用S 系到S'系的洛伦兹变换,有()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++⎪⎭⎫⎝⎛-+-=+='z z y y x x y z z y x t t x x E u E u E u q c i i B u B u E u c i q F i F F βγβγ把上式中的u x 、u y 、u z 、u t 作洛伦兹反变换,化简后得到()z z y y y z t x x u E c B q u E c B q u E c iq F '⎪⎭⎫ ⎝⎛+-'⎪⎭⎫ ⎝⎛-+'--='βγβγβγ221由于上式对任意速度都成立,令其中u't 、u'y 、u'z 的系数与⎪⎭⎫⎝⎛''-''+''-='y z z y x t x B u B u E u c i q F 中u't 、u'y 、u'z 的系数对应相等,得到⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛-='⎪⎭⎫ ⎝⎛+='='y z zz y yx x E c B B E c B B E E βγβγ 同样的方法运用到其他分量,得到电磁场的洛伦兹变换公式为()()⎪⎩⎪⎨⎧⋅+='⋅-='='y z zz y y x xB V E E B V E E E E γγ ()()⎪⎩⎪⎨⎧'⋅-'='⋅+'='=y z zz y y xx B V E E B V E E E E γγ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛-='⎪⎭⎫⎝⎛+='='y z z z y y x x E c V B B E c V B B B B 22γγ ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛'+'=⎪⎭⎫ ⎝⎛'-'='=y z zz y y xx E c V B B E c V B B B B 22γγ五、运动的点电荷的电场考虑一个电量为q 的点电荷静止于S'系的原点,它在所产生的电场为()304r r qE ''=' πε其分量为()()()⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧''='''='''='30330444r z q E r y q E r x q E z yxπεπεπε 式中()()()222z y x r '+'+'=';S'系中不存在磁场,即0='='='z y x B B B现设参考系S'系相对S 系以速度v 沿x 轴正方向运动,两个参考系对应的对比澳洲相互平行且在t=t'=0时刻两个参考系原点重合,则S 系中的电场E就是所求的运动的点电荷的电场;利用洛伦兹变换公式,得()()()[]()()[]()()[]⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧++-⋅=''⋅='=++-⋅=''⋅='=++--=''='=232222030232222030232222030444444z y vt x z q r z q E E z y vt x yq r y q E E z y vt x vt x q r x q E E z z y y x x γγπεγπεγγγπεγπεγγγπεπε 考虑t=0时刻,有z y x E E E z y x ::::=也就是说,电场强度E 与坐标轴之间的夹角等于径矢与坐标轴之间的夹角,或者说电场强度E的方向沿着以点电荷的瞬时位置为起点的径矢方向;考虑电场强度大小的分布()()()()322222222222220322222222200222021144⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++-++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=++++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=++===z y x z y zy xq z y x z y x q E E E E t z y x t ββπεγγπε故()()23222202322222222220sin 114114θββπεββπε--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++-++-==rq z y x z y z y x q E t此结果表明,运动的点电荷的电场强度的大小除了与r 2成反比外,还依赖于径矢与运动方向之间的夹角θ以及电荷的运动速率v,电场强度的大小不是各向均匀的;随着电荷的运动,电场强度的这种分布以同一速度向前运动;当点电荷速度v 较小,β<<1而可忽略时,电场近似为库仑场;电荷的速度越大,电场线在yOz 平面附近的密集越高,在β→1的极限情形下,极强的电场局限在yOz 平面内,运动电荷携带这样的电场高速运动;六、运动的点电荷的磁场根据电磁场的洛伦兹变换公式,可得点电荷匀速运动时空间的磁感应强度为⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧='=-='-=='=y y z z z y x x E c v E c v B E c v E c v B B B 22220γγ写成矢量表达式为E v cB ⨯=21该式表明,点电荷匀速运动时,空间的磁场也是随时间变化的,它总是垂直于速度矢量和电场矢量所决定的平面;磁感应线是一些以电荷运动轨迹为轴的同心圆;在t=0时刻点电荷恰好处于S 系原点时,磁感应强度的大小为()()232222200sin 1sin 14θβθβπε--==c v r q B t电场与磁场是相互联系的,真空介电常数ε0与真空磁导率μ0之间的关系为2001c=⋅με 于是()()23222200sin 1sin 14θβθβπμ--==r qv B t与电场线的分布对应,磁感应线也在yOz 平面附近较为密集;电荷的速度越大,磁感应线在yOz 平面附近的密集程度越高;随着电荷的运动,磁感应强度的这种分布以同一速度向前运动;当电荷运动速度较小,β<<1而可忽略时,磁感应强度的分布为200sin 4r qv B t θπμ==写成矢量表达式为24r r v q Bt⨯==πμ这就是低速情形下匀速运动的点电荷产生的磁场的公式;作l I v qd ⋅=⋅的代换,可过渡到电流元产生的磁场的公式20d 4d rr l I B⨯⋅=πμ⎰⨯⋅=L r r l I B 20d 4 πμ因此,毕奥-萨伐尔定律是低速下的近似公式;不过若求闭合回路的磁场,对整个回路积分后,所得结果与严格的公式一致;电荷的速度越大,磁感应线在yOz 平面附近的密集越高,在β→1的极限情形下,极强的磁场局限在yOz 平面内,运动电荷携带这样的电场高速运动;。
大学物理 电磁场的相对论性变换
板内：
V
S系的电场分布： 板面很大 电荷均匀分布
O 板两侧为对称的均匀电场
板的运动 空间对称性部分破坏 场强不再与板面垂直
假设：
高斯定理 同理 （2）纵向电场变换：
一般结论：若S系相对S‘系以-V（或V）沿X轴反方 向（或正方向）运动，则
静止电荷的 电场分布
运动电荷的 电场分布
运动电荷对静止 电荷的作用力
11-7电磁场的相对论性变换
一 电场强度的洛伦仑兹变换
1、电荷的相对论不变性
氢分子 氦原子
运动状态的不同 电中性
同位素光谱
Байду номын сангаас
电荷的相对论不变性 在不同的参照系内，同一带电粒子的电量不变。
问题：如何求一个运动电荷的电场强度及对其 它电荷的作用？
2 电场强度的洛伦仑兹变换
Y
Y`
S
S`
关系？
x x’
（1）横向电场 静系S’: 板外：
O 相对论的速度变换式
的受力
电场力
磁场力 磁感应强度
说明了电场和磁场的相对性及电磁场的统一性
三 电场和磁场的洛伦仑兹变换 系：
S系： O （ ， 在 系中静止）
例：计算匀速运动的点电荷的电场。 为讨论方便，设一个点电荷 静 止地置于 系的原点 ，且 时刻S系的原点O与 层迭，则
q
洛伦仑兹变换，
时刻，有
结论：在S系中的观测者O看来， 运动电荷的电场仍沿以点电荷的瞬时 位置为起点的矢径方向，只是该电场 相对于O已不再是球对称的了。
q
二 电场力的洛伦仑兹变换 相对论力的变换式：
电磁场的相对性与统一性.ppt
1
vv0 c2
vv0 c2
在S’系中带电直线产生的电场为
E
2 0r
v v0 2 0rc2
vI 2 0rc2
其中 c2 1
00
I v0
电磁场的相对性与统一性
在S’系中电荷受到的电场力为
fe qE
q vv0 2 0rc 2
0 qvI 2r
在S系中电荷受到的磁场力为
fL
qvB
电磁学专题——
电磁场的相对性与统一性
电磁场的相对性与统一性
相对于电荷静止的观察者会观察到电 荷周围有电场，但没有磁场，而相对于该 电荷运动的观察者不仅观察到电荷周围有 电场，还观察到磁场的存在。既然场量是 客观存在着一种物质，那么究竟电荷周围 有没有磁场？磁场是不是客观的存在？通 过电磁场的统一性和相对性的讨论，这个 问题就能解决了。
(1)
Fz q Ez ux By u y Bx q Ez ux By
电磁场的相对性与统一性
设参考系S’以速度v沿x轴正向运动，在S’
系别中 为观E察 和者B测到,他的观电测 磁到场电 强荷度q所和受磁的感力应为强度分 F E u B
写成分量形式为
Fx q Ex uy Bz uz By
ux
(4)
Fz
Fz
1
v c2
ux
1
1
v2 c2
电磁场的相对性与统一性
将(1)式代入(4)式，并利用
ux ux v
1
v c2
ux
Fx Fx 0
Fy
Fy
1
v c2
ux
q
Ey
v Bz
ux
Bz
v c2
Ey
简论电磁学的相对论效应
简论电磁学的相对论效应————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：简论电磁学的相对论效应田宇明江彪于哲宇陈旼嘉刘思皓（西安交通大学能源与动力工程学院710049）摘要：狭义相对论推翻了经典力学下的绝对时空观，却与经典电磁学不相冲突，这体现出电磁学中必然蕴含着更深层、更本质的思想。
而经典电磁学理论的协变性揭示出了相对论原理与电动力学存在着内在联系，这些联系可以体现在基于相对论推演电磁学理论等诸多方面。
然而，在实际的教学中对协变性的推导十分复杂，不利于理解。
本文由较为简单的情况出发，避免四维矢量分析，由相对论洛伦兹变换推演电磁学理论的基本方法，提供一种相对论协变性的简单理解，由此整理电磁学相对论效应的结论，并从相对论的观点理解麦克斯韦方程组。
关键词：电动力学；协变性；高斯定理；安培环路定则；电磁场不同于经典力学的绝对时空观被相对论时空观推翻，经典电磁学在洛伦兹变换下具有协变性，使得经典电磁学理论符合相对论时空观。
这意味着，从相对论出发，结合电磁学基本原理也可以推演出电磁学其他理论，如运用狭义相对论结论，再以电量作为洛伦兹不变量和库仑定律、叠加原理为基础，推演出电磁学理论的基本内容。
[1]故而，相对论与经典电磁学存在着内在的联系，而分析这种联系，就要从协变性和电磁学定律的推演来实现，最终重新从相对论的观点分析理解经典电磁学规律。
经典电磁学规律经典电磁学中静止电荷间的相互作用满足库仑定律r F r30Qq ·41πε=是电磁学基本规律之一。
对库仑定律有着多种理解，比如可以将电场高斯定律视作更基本的规律，从而推导出库仑定律。
另一方面，电磁场是一种物质且电场和磁场是其不同的表现形式，那么电磁相互作用可以被理解为电场间和磁场间的相互作用。
现在考虑相距a 的两个点电荷Qq ，令Q 位于原点，q 在x 轴正半轴上，则空间的电场分布()⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡++-++-+++++=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--+=))(())(()()(41r r Q ·4123222232220330k z j y i a x z y a x q k z j y i x z y x Q ar a r q E πεπε其能量密度为：2021U E ε=；空间的总能量为dv E 2021U ε⎰⎰⎰=；现在让q 向x 轴正半轴移动x δ，舍去高阶小量，空间能量密度分布改变为：x aQqEdv E U δπεδεδ200·41==⎰⎰⎰这样，整个空间的电场能量变化量与电势能变化量相同，即与库仑定律相符合，说明电场力可以理解为电场间的相互作用，当然这种相互作用用库仑定律可以很方便的描述。
电磁场的相对论变换.
电磁场的相对论变换摘要：该文章我们从实验事实出发导出洛伦兹变换，接着讨论相对论的时空性质，然后研究物理规律协变性的数学形式。
在此基础上根据相对性原理，我们把描述电磁规律的麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式写成协变形式，并导出电磁场的变换关系。
最后介绍运动带电粒子激发的电磁场。
关键词：洛伦兹变换、协变性、相对性原理目录引言 (1)1 爱因斯坦的基本假设 (2)1.1伽利略变换 (2)1.2伽利略相对性原理 (3)1.3爱因斯坦的选择 (3)2 相对论力学的若干结论 (3)2.1洛伦兹变换 (4)2.2四维速度 (4)2.3四维动量 (5)3电磁规律的协变性和电荷不变性 (5)4电磁场的变换 (7)4.1电磁场的变换公式 (7)4.2运动点电荷的电场 (9)4.3运动点电荷的磁场 (12)结束语 (15)参考文献 (16)致谢 (18)引言现代科学技术发展迅速，经典电磁场理论的应用已深入到许多领域中去，要了解在这些领域中如何应用电磁场的基本原理来解决各种实际问题还需要进一步学习进一步有关的知识。
本文就几个关系比较密切的发面作以简单的初步介绍，目的在于对电磁场理论的发展和应用有所了解，同时也有助于对已学过的知识加深认识，并为进一步学习创造条件。
麦克斯韦的电磁场理论和相对论的发展有密切关系，麦克斯韦提出的电磁理论和当时经典力学的时空概念不适合。
这是19世纪后期物理学者讨论和研究的重要问题之一。
爱因斯坦提出狭义相对论后问题才得到澄清。
麦克斯韦的电磁理论和狭义相对论基本原理是一致的，学习相对论有助于深化对电磁场理论的了解。
借助相对论可是我们知道，磁现象的出现是电荷的相对运动的结果，从而获得对电和磁的统一性的进一步认识。
1 爱因斯坦的基本假设 1.1 伽利略变换在两个惯性参考系K 和 'K 上各取一个固定的坐标系oxyz 和''''z y x o 。
为了方便，假设两个坐标系的对应坐标轴互相平行，同时设'K 和K 以速度v 沿x 轴的正方向运动，并且在t='t 时两坐标系的原点o 和'o 重合。
电磁场的相对论变换 贺彬 2020.6
其中利用了关系 00
1 c2
，其证明见附录。
3
根据相对性原理，与（一）-④、（一）-⑤、（一）-⑦三式对应的方
程形式为
Ez x
Ex z
t
By
Ey x
Ex y
t
Bz
Bz x
Bx z
1 c2
t
Ey
将对应式相比较可得
（Ⅳ-1）’ (Ⅳ-2)’
（Ⅳ-3）’
Ex Ey
Ex
Ey
vBz
Ez Ez vBy
x y z
Ax Ay Az A同理。
2.（Ⅳ-4）式的逆变换可由其本身直接导出。
例如由以下两式
E
y
Ey vBz
Bz
Bz
v c2
Ey
第二式两边同乘 v 后与第一式相加得
Ey
vBz
1
v2 c2
E
y
Ey
即得Ey
E
y
vBz
.
其他各式均可由此方法导得：
Ex Ey
Ex
Ey
电磁场的相对论变换
（相对性原理·洛伦兹变换·麦克斯韦方程组·协变性） 贺彬 2019.8
为方便起见，我们只讨论真空中的情形。
一． 真空中的麦克斯韦方程组
真空中的麦克斯韦方程组为
E 0
B 0
E
B
B
t
0 0
E t
（1） （2） （3）
（4）
其中 E 为电场强度， B 为磁感应强度。
若采用直角坐标形式，则上面（1）-（4）式化为八个分量形式方程
（Ⅲ）
将（Ⅲ）式代入（一）-④式得
x
Ey vBz
Ex y
大学物理——关于“磁场是电场的相对论效应” - 副本
榕树下牵手幸福大学物理——关于“磁场是电场的相对论效应吗？”我们都知道电场与磁场的产生都与电荷有关，它们的大小和方向又和与电荷的距离有关，不同的是，磁场还与电荷的运动速度有关。
此外，电场能够产生磁场，磁场也能产生电场，所以可以统称为电磁场一个静止的电荷的周围会产生电场E，在这个电场中，另一个静止的电荷q会受到作用力F=qE。
当q在这个电场中运动时，在同一位置也会受到电场力。
这个电场力与其运动速度无关。
场源电荷Q运动，或其周围的电荷q的运动，都会使q同时受到电场力和磁场力的作用，这两个力都是通过场来作用的。
所以运动的电荷周围既有电场又有磁场，而这里的运动和静止又是相对的。
如果在场源电荷附近选取一个静止的参考系S1时，并以其为参考量进行观察，这时我们可以认为q 只受到一个电场力的作用，而不存在磁场力。
也就是说，此时Q周围只有电场而不存在磁场。
而如果我们选取另一个运动的参考系S2并以其为参考量进行观察时，那么此时q 就不仅受到电场力，还受到一个磁场力的作用，也就是说Q周围此时既有了电场又有了磁场。
在S1和S2下，Q是一样的（而且具有相对论不变性）。
但电场和磁场的存在情况不一样——电场一直都存在，磁场却要在电荷运动时才出现。
这种差异的存在就因为运动与否，或者说是由于选择的不同的参考系。
从中我们可以看出磁场和电场具有相对性。
具体在下面的论述中有详细描述（摘自）：设0时刻在xy坐标的(0,0)和(0,1)两处飞过两个相同质量m和相同电量q的粒子，它俩的速度都是v，方向都沿着x 轴的正方向。
设相对论因子为r，r=(1-vv/cc)^(-1/2)。
以下带撇的量都是在与两粒子相对静止的动系中测得的量，不带撇的量是相对地面静止的静系中测得的量。
动系中，原点处的那个粒子在电力作用下产生的沿y轴方向的速度u'=dy'/dt'，加速度a'=du'/dt'=d(dy'/dt')/dt'。
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电磁场的相对论效应
电磁场的相对论效应是指电磁场在相对论条件下所表现出的一种
特殊性质。
在经典电磁学中，电场和磁场是两个独立的物理量，但在相对论中，它们之间存在一种相互转化的关系，即电场可以转化为磁场，磁场也可以转化为电场。
这种转化关系是由于光速不变原理引起的，即不同参考系观察到的电磁波速度都是恒定的。
在相对论中，电场和磁场的性质与参考系的选择有关。
当观察者以接近光速的速度运动时，他感受到的电场和磁场与静止观察者感受到的电场和磁场是不同的。
具体来说，当观察者以接近光速的速度运动时，他感受到的电场和磁场会在不同的方向上发生偏移，这种偏移被称为洛伦兹变换。
此外，在相对论中，电磁场的能量密度和动量密度是相互关联的，这种关系被称为电磁场的能量-动量张量。
电磁场的能量-动量张量描述了电磁场对物质世界的作用和影响，是相对论中的一个重要概念。
总之，电磁场的相对论效应是经典电磁学中所没有的一种现象，它揭示了电磁场在相对论条件下的特殊性质和作用。