I 1820 udførte Hans Christian Oersted et vigtigt forsøg, som viste, at der var en sammenhæng mellem elektricitet og magnetisme. Når en strøm blev tændt gennem en ledning, fik det en kompasnål til at dreje sig, så den stod vinkelret på ledningen. Strømmen havde skabt et magnetfelt, der var stærkt nok til at få kompasnålen til at dreje.
Hintergrund for forsøget
Det var allerede kendt, at en elektrisk strøm i en ledning har en opvarmende effekt og kan få ledningen til at gløde. Dette viste, at de tre fænomener elektricitet, opvarmning og belysning var forbundet.
Videnskabsfolk søger at “forene” tilsyneladende forskellige fænomener ved at finde deres underliggende årsager.
Spørgsmål: Hvordan kan vi vise, at en elektrisk strøm har en opvarmningseffekt og også kan resultere i lys?
Svar:
Svar: Se forsøg.
Det var også kendt, at når et lyn, en form for elektricitet, slog ned i et skib, kunne skibets kompas blive påvirket – dets polaritet kunne blive omvendt.
Spørgsmål: Hvad tyder det på?
Svar: Der er en sammenhæng mellem elektricitet og magnetisme.
Videnskabsfolk trækker på beviser fra hverdagen; de forsøger at forstå beviserne gennem eksperimenter.
Hvordan kunne denne sammenhæng påvises i laboratoriet?
Eksperimentatorer forestillede sig, at hvis en elektrisk strøm flød langs en lige ledning, ville det magnetfelt, den producerede, være i samme retning. De placerede derfor deres kompasnåle vinkelret på ledningen og troede, at de ville blive afbøjet af strømmen, så de blev parallelle med ledningen. De kunne ikke se nogen effekt, fordi det magnetiske felt, som Oersted skulle vise, er vinkelret på tråden. De tidligere eksperimentatorer var altså ikke i stand til at se effekten på grund af forudfattede meninger. (Bemærk, at det tilgængelige udstyr – typisk voltaiske pæle – kun ville producere en lille strøm, så effekten ville under alle omstændigheder have været meget svag.)
Eksperiment: Indstil et kompas, der peger i nord-sydlig retning; placer en ledning over det, der ligger i øst-vestlig retning. Tilslut til en 1,5 V-celle. Der bør ikke være nogen effekt.
Forestillinger (eksisterende ideer) kan gøre det svært at gøre fremskridt.
Oersteds tankegang
Oersted forestillede sig en elektrisk strøm, der ‘kæmper’ gennem en ledning. Mens den strømmede, gav denne ‘konflikt’ anledning til ‘varme’ (eller infrarød stråling, som vi nu forstår det) og lys, som strålede væk fra ledningen. Kunne det ikke også resultere i et magnetfelt, der strålede væk?
En idé fører til en anden, som derefter kan afprøves.
Spørgsmål: Hvordan ville du tegne magnetfeltlinjer for at repræsentere Oersteds idé?
Svar: Svar: De udstråler fra ledningen.
Spørgsmål: Hvordan bør en kompasnål opføre sig, hvis denne idé er korrekt?
Svar: Den kan forventes at pege radialt mod tråden. Prøv det, og magneten gør det ikke. Så magnetiske feltlinjer stråler ikke ud fra en strømførende ledning.
Oersteds forsøg
Oersted gav en offentlig demonstration af sammenhængen mellem elektricitet, ‘varme’ og lys. Han forbandt en voltaisk bunke med en platintråd og viste, at den blev varm og glødede.
Mens han holdt foredrag, dukkede hans idé om en forbindelse mellem elektricitet og magnetisme op igen i hans sind. Han havde et kompas ved hånden (til andre eksperimenter, som han havde til hensigt at demonstrere), så han besluttede sig for at afprøve sin idé der og nu.
Eksperiment: Det er en af de første eksperimenter, men med en ledning, der ligger nord-syd over kompasset, parallelt med kompasnålen. Tænd for den – nålen roterer, så den ligger øst-vest.
Se også:
Oersteds eksperiment.
Oersted vendte strømmen om; nålen bevægede sig den anden vej.
Den effekt, som Oersted og hans tilhørere observerede, var lille; ingen var særlig imponerede. Oersted var klar over, at andre videnskabsmænd var blevet distraheret af lignende undvigende fænomener, og der gik tre måneder, før han brugte mere tid på sin opdagelse.
Videnskabsfolk arbejder ofte på grænsen af deres instrumenters følsomhed. En teknik skal måske forfines meget, før et fænomen kan observeres pålideligt.
Hvad Oersted gjorde derefter
Oersted viste, at magnetfeltet omkring en strømførende ledning var cirkulært; dvs. at kraftlinjerne er cirkler, centreret på ledningen.
Eksperiment:
Magnetisk felt som følge af en elektrisk strøm i en ledning.
Han fortsatte med at vise, at en tykkere ledning gav en større effekt. Han viste også, at materialer placeret mellem ledning og kompas ikke havde nogen effekt.
Spørgsmål:
Svar: Hvorfor?
Svar: Svar: En tykkere ledning har mindre modstand, så større strømstyrke. Ikke-magnetiske materialer har ingen effekt på et magnetfelt.
I juli 1820 sendte han et 4-siders papir med en beskrivelse af sine resultater på latin til flere videnskabelige tidsskrifter.
Videnskabsfolk forventes at dele deres resultater så hurtigt som muligt ved at offentliggøre dem i tidsskrifter. I 1820 var latin et fælles (delt) sprog, som gjorde det muligt for videnskabsmænd af forskellige nationaliteter at forstå hinandens arbejde.
Ampere læste Oersteds rapport, og i løbet af en uge havde han gentaget observationerne og udviklet en matematisk teori, der beskrev, hvordan magnetfeltet afhænger af strømstyrken og afstanden til tråden.
I princippet kontrolleres videnskabelige resultater af andre forskere, som gentager eksperimenterne for at se, om de får de samme resultater.
Oersted havde observeret og beskrevet et eksperimentelt fænomen. Ampere tog det videre ved at skrive en matematisk ligning for at redegøre for det.
Spørgsmål: Oersted havde vist, at en elektrisk strøm har et magnetfelt omkring sig. Hvilke praktiske anvendelser blev udviklet ud fra denne idé?
Svar: Svar: Elektromagneter, motorer, dynamoer, transformatorer osv.
Mere om Oersted
Oersted grundlagde Dansk Selskab til Naturvidenskabens Formidling, et selskab, der havde til formål at formidle videnskabelige ideer til den brede offentlighed. Oersted spillede også en central rolle i grundlæggelsen af Danmarks Tekniske Universitet med det formål at forbedre det videnskabelige grundlag for ingeniørvidenskab.
Mange videnskabsmænd søger at dele deres arbejde med et bredere publikum. De kan også søge at dele de teknologiske fordele ved deres opdagelser. Han beskrev 1820, året for sin store opdagelse, som det lykkeligste år i sit liv.
Videnskabsfolk kan få stor glæde af deres arbejde.
I 1802 offentliggjorde en italiensk jurist ved navn Gian Domenico Romagnosi en beretning om en observation, der lignede Oersteds. Hans artikel udkom dog i en avis, og den blev ikke taget op af det videnskabelige samfund. Romagnosi synes ikke at have fulgt op på sine foreløbige resultater.
Der er mange eksempler på “prior claims” i videnskabshistorien. I praksis går anerkendelsen normalt til den person, der offentliggør en omhyggelig, detaljeret og gentagelig redegørelse for sine observationer på et tidspunkt, hvor andre videnskabsmænd er klar til ideen, og på et sted, hvor den vil blive læst og taget alvorligt.
Akkreditering
Vi er David Sang, forfatteren af dette casestudie, taknemmelig.