电动力学

　　 本科阶段通常会有几门不同深度关于电磁场场的课程，第一门往往叫做电磁学（electromagnetism），进阶的课程叫做电动力学（electrodynamics）¹．从课程内容上来说，电磁学就是简单的电动力学．严格来说，电动力学强调场和电荷的运动规律，如果研究静止的电荷和电磁场，可以将其称为静电学（electrostatics）或静磁学（magnetostatics）．我们以下统一使用电动力学．

　　 经典力学研究若干粒子（质点）受若干力后的运动情况，这里的粒子可以是任何有质量的粒子，力也可以是任何力．电动力学研究的是一堆带电荷的质点（既有质量又有电荷）受一堆电磁力后的运动情况．所以唯一需要做的是，弄清如何计算这些电磁力，再用经典力学就可以得出粒子的运动．

电磁力和电磁场

　　 经典力学中万有引力是超距的，就是说只要两个质点存在，不管他们相隔多远都会立即有作用力（与质量和距离有关），如果它们之间的距离发生改变，那么这个作用力也会立即改变．这是不合理的（现在我们知道任何信息的传递都不可能超过光速，如果一个粒子动一下，另一个粒子马上就能感到力的变化，那就可以超过光速传递信息）．电动力学不同，我们需要先计算电场和磁场（场就像波一样，传播需要时间），再根据粒子所在位置的场计算粒子的受力（其他地方的场如何与粒子受力无关）．例如库仑定理的形式虽然和万有引力一样，但是在电动力学中我们先计算一个粒子在另一个粒子处产生的电场，再计算处于该电场中的粒子所受电场力（库仑力）．当两个粒子都静止时，这么做似乎和直接由距离计算力有没有区别，但如果某时刻其中一个粒子抖动了一下，电场（先不提磁场）就会像扰动的水波一样将这个扰动沿各个方向以一定的速度传播，直到传播到另一个粒子所在的地方，另一个粒子才能从电场中感觉到受力的变化．

　　 磁场虽然产生的方式和对粒子的作用与电场不同，但也会像波一样传播．事实上，电场和磁场并不是独立传播的，上面说的电场扰动的传播时必须同时借助磁场．

电荷

　　 电荷在电动力学中扮演了两个角色．一是电磁场是由电荷产生的．二是只有带电荷的粒子在电磁场中才会受力，其他粒子不会．

麦克斯韦方程组

　　 麦克斯韦方程组是一组写描述场变化规律的数学公式．可以想象成一个懂电动力学的计算机，只要告诉它所有的带电粒子在哪里，以及如何运动（位置关于时间的函数），它就能计算出空间中任何一点的电磁场．和机械波（如水波）不同，电场和磁场在每个位置都既有方向也有大小（有方向和大小的量叫做矢量，这种场叫做矢量场）．

　　 麦克斯韦方程组是电动力学的公设之一．

电磁力

　　 任何一个带电粒子某时刻受到的电磁力（也叫广义洛伦兹力），都可以由它所在的位置处的电磁场（两个矢量）以及它当时运动速度（也是矢量）通过公式计算出来．这是电动力学的另一个公设．

　　 可见，在经典力学的基础上加上麦克斯韦方程和广义洛伦兹力的公式后，如果我们知道一堆带电粒子在某个时刻的运动状态（位置和速度），我们就可以知道接下来每个粒子如何运动．

1. ^ 电动力学字面上就是 “电的动力学” 而不是 “电动的力学”，动力学英文就是 dynamics，又例如热力学的英文是 thermodynamics．