Juli 1820: Oersted & Electromagnetism
I slutet av 1700-talet hade forskare lagt märke till många elektriska fenomen och många magnetiska fenomen, men de flesta trodde att dessa var distinkta krafter. Sedan i juli 1820 publicerade den danske naturfilosofen Hans Christian Oersted en broschyr som tydligt visade att de faktiskt var nära besläktade.
Hans Christian Oersted föddes i augusti 1777 i Rudkobing, Danmark. Han utbildades huvudsakligen i hemmet och visade ett visst intresse för naturvetenskap som barn. Vid 13 års ålder gick han i lärling hos sin far, apotekare. 1794 gick han in på Köpenhamns universitet, där han studerade fysik, filosofi och farmaci, och tog en doktorsexamen i filosofi.
Han disputerade 1801, och som vanligt började han resa runt Europa, besöker Tyskland och Frankrike och träffar andra vetenskapsmän. En person han träffade, och kan ha blivit inspirerad av, var Johann Ritter, en av de få forskare vid den tiden som trodde att det fanns ett samband mellan elektricitet och magnetism.
Återvände till Köpenhamn 1803, sökte Oersted en universitetstjänst som undervisade i fysik, men fick inte direkt en. Istället började han hålla föreläsningar privat, mot entréavgift. Snart blev hans föreläsningar populära, och han fick en tid 1806 vid Köpenhamns universitet, där han utökade fysik- och kemiprogrammet och etablerade nya laboratorier. Han fortsatte också sin egen forskning inom fysik och andra vetenskapsområden. Hans första vetenskapliga artikel handlade om elektriska och kemiska krafter. Han undersökte en mängd olika problem inom fysiken, inklusive kompressibiliteten av vatten och användningen av elektriska strömmar för att explodera minor.
Oersted gjorde upptäckten som han är känd för 1820. Då, även om de flesta forskare trodde att elektricitet och magnetism inte var relaterade, det fanns några skäl att tro att det kunde finnas ett samband. Till exempel hade det länge varit känt att en kompass, när den träffas av blixten, kunde vända polariteten. Oersted hade tidigare noterat en likhet mellan termisk strålning och ljus, även om han inte fastställde att båda är elektromagnetiska vågor. Han verkar ha trott att elektricitet och magnetism var krafter som utstrålades av alla ämnen, och dessa krafter kan på något sätt störa varandra.
Under en föreläsningsdemonstration, den 21 april 1820, när han satte upp sin apparat, Oersted märkte att när han slog på en elektrisk ström genom att ansluta kabeln till båda ändarna av batteriet, böjde en kompassnål som hölls i närheten bort från det magnetiska norr, där den normalt pekade. Kompassnålen rörde sig bara lite, så lite att publiken inte ens märkte det. Men det var tydligt för Oersted att något betydande höll på att hända.
Vissa människor har föreslagit att detta var en helt oavsiktlig upptäckt, men det skiljer sig åt huruvida demonstrationen var utformad för att leta efter ett samband mellan elektricitet och magnetism, eller var avsedd att visa något helt annat. Oersted var förvisso väl förberedd för att observera en sådan effekt, med kompassnålen och batteriet (eller “galvanisk apparat”, som han kallade det) till hands.
Oavsett om det var helt oavsiktligt eller åtminstone något förväntat, Oersted blev fascinerad av hans iakttagelse. Han hittade inte omedelbart någon matematisk förklaring, men han tänkte på det under de kommande tre månaderna och fortsatte sedan att experimentera, tills han var ganska säker på att en elektrisk ström kunde producera ett magnetfält (som han kallade en “elektrisk konflikt” ).
Den 21 juli 1820 publicerade Oersted sina resultat i en broschyr, som cirkulerades privat till fysiker och vetenskapliga sällskap. Hans resultat var huvudsakligen kvalitativa, men effekten var tydlig – en elektrisk ström genererar en magnetisk kraft.
Hans batteri, en voltaisk hög med 20 kopparrektanglar, producerade förmodligen en emk på cirka 15-20 volt. Han provade olika typer av ledningar och fann fortfarande att kompassnålen var avböjd. När han vände om strömmen fann han nålen avböjd i motsatt riktning. Han experimenterade med olika orienteringar av nålen och tråden. Han märkte också att effekten inte kunde skärmas genom att placera trä eller glas mellan kompassen och den elektriska strömmen.
Publikationen väckte en omedelbar sensation och höjde Oersteds status som vetenskapsman. Andra började undersöka det nyfunna sambandet mellan elektricitet och magnetism. Den franske fysikern André Ampère utvecklade en matematisk lag för att beskriva de magnetiska krafterna mellan strömförande ledningar. Med början ungefär ett decennium efter Oersteds upptäckt visade Michael Faraday i huvudsak motsatsen till vad Oersted hade funnit – att ett föränderligt magnetfält inducerar en elektrisk ström. Efter Faradays arbete utvecklade James Clerk Maxwell Maxwells ekvationer, som formellt förenade elektricitet och magnetism.
Oersted fortsatte att arbeta med fysik. Han startade Society for Disemination of Natural Science, som ägnade sig åt att göra vetenskap tillgänglig för allmänheten, något han tyckte var mycket viktigt. 1829 grundade han Polyteknisk Institut i Köpenhamn. Han var också en publicerad författare och poet och bidrog till andra vetenskapsområden, som kemi – till exempel tillverkade han 1825 aluminium för första gången. Oersted dog 1851. Hans upptäckt från 1820 markerade början på en revolution i förståelsen av elektromagnetism, vilket gav den första kopplingen mellan vad som hade ansetts vara två mycket olika fysiska fenomen.
