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Oersted
Der dänische Physiker Hans Christian Oersted erkannte im Jahr 1820 die magnetische Wirkung von elektrischem Strom. Nach ihm ist deshalb eine besondere Einheit benannt worden: Die Einheit Oersted dient zur Messung von Magnetfeldern (Einheit H). Die Abkürzung von Oersted ist Oe.
Geschichtlicher Hintergrund
Die Entdeckung des Kopenhagener Wissenschaftlers konnte klarstellen, welche Wirkung ein elektrischer Strom hinsichtlich eines Magnetfeldes hat. Er leistete damit einen wesentlichen Beitrag zur Erforschung des Magnetismus - jedoch war er nicht der erste Physiker, der zwischen Elektrizität und Magnetismus einen Zusammenhang herstellte. Die früheren Entdeckungen anderer Physiker sind allerdings in Vergessenheit geraten.
Auch heute noch werden magnetische und elektrische Kräfte verwechselt. Die Bedeutung des Zusammenhangs dieser beiden Kräfte für moderne und elektrotechnische Anwendungen wurde erst durch Hans Christian Oersted erkannt. Vollständig beschrieben wurde die Beziehung zwischen Magnetismus und Elektrizität jedoch erst im Jahre 1864 durch Maxwell mit den bekannten Maxwellgleichungen. Diese Gleichungen bilden noch heute den Grundstein der Elektrodynamik.
Oersteds Versuch
Bis zu Oersteds bahnbrechender Entdeckung wurde Magnetismus und Elektrizität kaum in Verbindung gebracht. Wenn man sich den im Grunde sehr simplen Versuch von Oersted vor Augen führt, wird aber klar, warum man ihn auch den Vater der Elektrotechnik nennt.
Eine Kompassnadel wird parallel zu einem Leiterdraht angebracht. In natürlichem Zustand richtet sie sich in gewohnter Weise nach dem Erdmagnetfeld, also zum magnetischen Nordpol aus. Wenn die Stromquelle angeschaltet und der Strom sukzessiv erhöht wird, bewegt sich die Kompassnadel und steht schlussendlich waagrecht zum Leiter, d.h. nicht mehr in Nord-Süd-, sondern in Ost-West-Richtung. Wird der Strom wieder weggenommen, verfällt die Kompassnadel in ihre ursprüngliche Ausgangslage.
Daraus konnte Oersted ableiten, dass der elektrische Strom eine magnetische Wirkung auf die Kompassnadel ausübt, der Leiter also von einer Art Feld umgeben wird: Dem Magnetfeld. Je stärker der Stromfluss, desto stärker ist dieses Magnetfeld. Auch die Richtung des Stromflusses spielt eine Rolle. Bei der Umpolung des Versuchs, bewegt sich die Kompassnadel in die entgegengesetzte Richtung. Somit kann auch das Magnetfeld eine andere Richtung einnehmen.
Die Einheit Oersted und deren Herleitung in der Physik
Die eigentlich bekanntere Einheit Tesla dient nicht – wie oft fälschlicherweise angenommen – der Messung eines Magnetfelds, sondern der magnetischen Flussdichte (Einheit B). Im Vakuum entspricht eine magnetische Flussdichte von einem Tesla einem Magnetfeld von 10.000 Oersted. Demnach wäre ein Magnetfeld von einem Oersted ziemlich schwach.
Als Maß bzw. Einheit für die magnetische Feldstärke ist Oersted im cgs-System definiert. Dieses System besteht aus den physikalischen Basiseinheiten Gramm (g), Zentimeter (cm), Sekunde (s), candela, mol, Kelvin (K) und Ampere (A). Dieses System wird heute nur noch selten genutzt:
Der Grund ist das allgemein anerkannte SI-System. In diesem ist die Basiseinheit nicht Gramm und Zentimeter sondern Kilogramm (kg) und Meter (m). Die magnetische Feldstärke wird im SI System nicht mit Oersted, sondern in A/m gemessen. Leider kann ein Oersted in das SI System nicht glatt umgerechnet werden. Definitionsgemäß gilt, dass eine magnetische Flussdichte von 0,1 mT einem Magnetfeld von einem Oersted entspricht (im Vakuum).
Die Einheit Tesla hingegen ist eine SI Einheit. Mit ihr gibt man das Magnetfeld H an, welches sich aus der magnetischen Flussdichte B und der magnetischen Permeabilität im Vakuum berechnet:
Der nicht glatte Zusammenhang zwischen einem Oersted und der Maßeinheit A/m kommt durch diese Permeabilitätskonstante zu Stande:
Ein Oersted ist demnach 79,577 A/m bzw.
In der Literatur ist manchmal die Einheit Tesla das Maß für die Stärke eines Magnetfeldes. Allerdings ist das nicht wirklich richtig, da Tesla bzw. Gauß die magnetische Flussdichte beschreiben. Das Magnetfeld wird durch die Einheit Oersted angegeben, bzw. Ampere pro Meter.