Dánsky fyzik, chemik a filozof Hans Christian Øersted (čítaj Oersted)  sa narodil 14. augusta 1777 lekárnikovi v dedine Rudköbing na ostrove Langeland v Dánsku. V roku 1793 odišiel do Kodane, aby vykonal prijímacie skúšky na Kodanskú univerzitu. Do roku 1796 získal Ørsted vyznamenania za svoje práce z estetiky aj fyziky. Doktorát získal v roku 1799 vo veku 22 rokov za dizertačnú prácu založenú na Kantových prácach s názvom Architektonika prírodnej metafyziky. Od roku 1806 pôsobil ako profesor fyziky a chémie na Kodanskej univerzite. Od roku 1815 až do svojej smrti Øersted pôsobil ako tajomník Dánskej kráľovskej akadémie vied. Ørsted bol blízkym priateľom Hansa Christiana Andersena a bratom politika a právnika Andersa Sandøe Ørsteda, ktorý bol v rokoch 1853 až 1854 dánskym premiérom.

Hans Christian Øersted

Elektrický prúd a magnet

Jeho pôvodná interpretácia bola, že magnetické účinky vyžarujú zo všetkých strán vodiča, ktorým prechádza elektrický prúd, rovnako ako svetlo a teplo. O tri mesiace neskôr začal s intenzívnejším výskumom a čoskoro nato publikoval svoje zistenia, v ktorých dokázal, že elektrický prúd pri prechode vodičom vytvára kruhové magnetické pole. Za tento objav udelila Kráľovská spoločnosť v Londýne Ørstedovi v roku 1820 Copleyho medailu a Francúzska akadémia mu udelila odmenu 3 000 frankov.

Ørstedove zistenia podnietili rozsiahly výskum elektrodynamiky v celej vedeckej komunite a ovplyvnili francúzskeho fyzika André-Marie Ampèra, ktorý vytvoril jednotný matematický vzorec na vyjadrenie magnetických síl medzi vodičmi vedúcimi prúd. Ørstedova práca tiež predstavovala významný krok smerom k jednotnému pojmu energie.

V roku 1819 (niektoré zdroje uvádzajú rok 1820) Øersted zistil, že elektrický výboj môže vychýliť magnetickú ihlu. Potom objavil aj vychýlenie magnetu elektrickým prúdom a zodpovedajúce silové pôsobenie magnetu na pohybujúcu sa prúdovú slučku. Pochopil dosah toho, čo objavil, a dal tak podnet pre ďalšie skúmanie mnohým ďalším nasledovníkom (vrátane Ampéra).

Oerstedov experiment

Magnet, ktorý je umiestnený v blízkosti vodiča, je vychýlený elektrickým prúdom. Táto výchylka je tým väčšia, čím väčší je elektrický prúd. Veľkosť výchylky závisí aj od vzdialenosti magnetu od vodiča.

Experiment, ktorý ukazuje Oerstedov zákon. Ten dokazuje, že okolo vodiča, ktorým preteká prúd, sa vytvára magnetické pole, čo sa prejavuje pohybom ihly. Pripravil, vykonal a vysvetlil Prof. Oliver Zajkov, Fyzikálny ústav sv. Cyrila a Metoda v Skopje, Macedónsko.

Kľúčový moment pri objavení Øerstedovej konštanty nastal, keď Øersted umiestnil vodič s elektrickým prúdom do blízkosti magnetickej ihly, ktorá sa začala odchyľovať od svojho pôvodného smeru. Tento jav naznačil, že elektrický prúd má schopnosť vytvárať magnetické pole, čo bol revolučný objav. Dokázal, že vodič, ktorým preteká elektrický prúd, dokáže vychýliť ručičku kompasu. Avšak Ørstedovi sa nikdy nepodarilo dostatočne uspokojujúco vysvetliť tento jav. Øerstedov objav vyvolal obrovský záujem vedeckej komunity a viedol k ďalšiemu výskumu v oblasti elektromagnetizmu. Øerstedova konštanta bola zavedená ako miera, ktorá kvantifikuje vzťah medzi elektrickým prúdom a magnetickým poľom. Jej hodnota je kľúčovým parametrom v elektromagnetizme a je nevyhnutná na pochopenie magnetických javov a na návrh a analýzu elektrických a elektronických zariadení. Hans Christian Øersted položil základy systematického štúdia elektromagnetizmu.

Matematická definícia Øerstedovej konštanty

Matematická definícia Øerstedovej konštanty vychádza z Øerstedovho objavu, že magnetické pole vytvorené elektrickým prúdom je priamo úmerné prúdu a nepriamo úmerné vzdialenosti od vodiča. Túto závislosť opisuje Ampèrov zákon pre magnetické pole vytvárané tečúcim vodičom.

Øerstedova konštanta, označovaná μ₀, má hodnotu 4π×10^-7 T*m/A. Táto konštanta je v podstate mierou proporcionality, ktorá určuje intenzitu magnetického poľa vytvoreného elektrickým prúdom. Čím vyššia je hodnota Øerstedovej konštanty, tým silnejšie je magnetické pole vytvorené tým istým elektrickým prúdom.

Matematické vyjadrenie Øerstedovej konštanty:

$K = \frac{1}{\mu_0}$

Kde:

• K je Øerstedova konštanta,
• μ₀​ je permeabilita vakua, která má hodnotu přibližně 4π×10⁻⁷ T⋅m/A.

Význam v elektrotechnike

Øerstedova konštanta je dôležitá pre elektrotechniku, najmä v súvislosti s magnetickými poľami a ich vzťahom k elektrickým prúdom. Jej význam spočíva najmä v nasledujúcich oblastiach:

1. Výpočty magnetického poľa: Øerstedova konštanta sa dá použiť na prevod medzi magnetickou indukciou a magnetickou intenzitou, čo je užitočné pri výpočtoch magnetického poľa v rôznych elektrických systémoch.
2. Navrhovanie elektrických zariadení: ako sú elektromagnety, transformátory alebo elektromotory, je dôležité zohľadniť magnetické polia generované elektrickými prúdmi. Øerstedova konštanta umožňuje presnejšie modelovanie týchto polí.
3. Meranie intenzity magnetických polí: V mnohých prípadoch je potrebné merať magnetické polia v elektrických zariadeniach. Øerstedova konštanta poskytuje vzťah medzi magnetickým poľom a elektrickým prúdom, čo umožňuje prevod medzi rôznymi jednotkami a presnejšie merania.

Celkovo Øerstedova konštanta zohráva kľúčovú úlohu pri pochopení a analýze magnetických polí v elektrotechnike, čo je nevyhnutné pre vývoj a prevádzku mnohých elektrických zariadení.

Príklad výpočtu pomocou Øerstedovej konštanty

Predpokladajme, že máme vodič, ktorým tečie prúd I, a chceme vypočítať magnetické pole H vytvorené týmto prúdom vo vzdialenosti r od vodiča. Na vyjadrenie vzťahu medzi magnetickým poľom H a magnetickou indukciou B, ktorá sa vyjadruje v tesla (T), sa používa Øerstedova konštanta k.

Vzťah medzi magnetickým poľom H a magnetickou indukciou B je daný vzorcom:

B = μ₀ ​ ⋅ H

kde μ₀ je magnetická permeabilita vákua.

Potom Øerstedova konštanta k je daná:

$k = \frac{B}{H}$

V našom prípade môžeme použiť Øerstedovu konštantu na výpočet magnetického poľa H pomocou známej magnetickej indukcie B. Za predpokladu, že máme hodnotu magnetickej indukcie B=0,5 T, môžeme potom vypočítať magnetické pole H pomocou Øerstedovej konštanty k, ktorá má hodnotu:

$k = 4\pi \times 10^{-7} \, \frac{T \cdot m}{A}$

​Použijeme vzorec

$H = \frac{B}{k}$

Dosadením známých hodnôt získáme:

$H = \frac{0.5 \, T}{4\pi \times 10^{-7} \, \frac{T \cdot m}{A}}$

Po vyriešení tohto výrazu dostaneme hodnotu magnetického poľa H.

Ďalšie využitie Øerstedovej konštanty

Øerstedova konštanta sa v elektrotechnike uplatňuje vo viacerých vzťahoch a situáciách:

• Vzťah medzi magnetickým poľom H a magnetickou indukciou B.
• Pri výpočte magnetického poľa vytvoreného prúdom v priamom vodiči.
• Pri analýze magnetických vlastností materiálov, najmä feromagnetických látok.
• V elektromagnetizme pri opise správania sa cievky s prúdom v magnetickom poli.
• Pri výpočte magnetického poľa vytváraného prúdovou slučkou.
• Pri štúdiu elektromagnetických vĺn a šírenia elektromagnetického žiarenia v prostredí.
• V elektromagnetickej kompatibilite (EMC) pri hodnotení vplyvu elektromagnetických polí na elektrické zariadenia a systémy.
• Pri návrhu a analýze transformátorov a elektromagnetických spínačov.
• Pri elektromagnetickej simulácii a modelovaní, napríklad pri návrhu snímačov a elektromagnetických aktuátorov.
• Pri vývoji a optimalizácii elektromagnetických zariadení a systémov, ako sú elektromotory, generátory a transformátory.

Záver

Øerstedova konštanta je významný parameter v elektrotechnike, ktorý opisuje vzťah medzi magnetickým poľom a magnetickou indukciou. Je nevyhnutná na pochopenie magnetických javov a na návrh a analýzu širokej škály elektrických a elektronických zariadení a systémov. Nachádza široké uplatnenie v rôznych oblastiach elektrotechniky vrátane konštrukcie transformátorov, generátorov, elektromotorov, senzorov a elektromagnetických spínačov. Je kľúčovým prvkom pri analýze magnetických vlastností materiálov a pri štúdiu elektromagnetických javov a vĺn. Jej pochopenie je preto nevyhnutné pre rozvoj elektrotechniky a vývoj nových technológií.

Øerstedov experiment ukázal, že medzi zdanlivo odlišnými fyzikálnymi javmi existujú základné súvislosti, a podnietil ďalších vedcov, aby ich hľadali. Aj keď univerzálna konvertibilita nie je to isté ako zachovanie, predsa len spolu úzko súvisia. Spojenie alebo konverzia medzi rôznymi javmi, najmä dvoma takými navonok odlišnými ako elektrina a magnetizmus, bolo teda krokom k jednotnému pojmu energie. Hans Christian Øersted zomrel 9. marca 1851 v Kodani ako vážený občan.