H.C. Ørsted og elektromagnetismen

Herover: H.C. Ørsted opdager elektromagnetismen under en forelæsning i København 1820. Fra den engelske udgave af tegneserien, “Ørsted. He electrified the world”.

H.C. Ørsted og elektromagnetismen

En forårsdag i 1820 lod Hans Christian Ørsted under en forelæsning strømmen fra et batteri løbe gennem en platintråd hen over et kompas – og kompasnålen bevægede sig! Ørsted havde dermed påvist elektromagnetismen, den sammenhæng mellem elektricitet og magnetisme, der er forudsætningen for, at vi kan tænde lyset, bruge vores telefon og køre en tur i vores elbil.

I tegneserien “Ørsted – han satte strøm til verden”, der udkom i 200-året for Ørsteds opdagelse, kan man læse om H.C. Ørsteds utrolige liv og hans epokegørende opdagelse af elektromagnetismen. Tegneserien er skrevet og tegnet af to af Danmarks førende tegneserieskabere, Ingo Milton og Sussi Bech, i samarbejde med Jens Olaf Pepke Pedersen, seniorforsker ved DTU SPACE Institut for Rumforskning.

“Ørsted – han satte strøm til verden” er trykt i 5 oplag og er med over 4.500 solgte eksemplarer en af de allerstørste, danske tegneseriesuccesser fra 2020.

H.C. Ørsted skrev på latin til hele Europa om sin opdagelse

Da H.C. Ørsted gjorde sin opdagelse, var han en travl mand: Han var optaget af universitets eksamener, den danske normalmeter var på pinlig vis forsvundet og skulle genfindes og Kong Frederik VI havde bedt ham drage til Bornholm og undersøge, om det var muligt at bryde kul. Først i juli fik han tid og ro til at kalde nogle venner og kollegaer sammen til at undersøge, hvad det egentlig var, han var kommet på sporet af. Han genskabte opstillingen fra den april-aften, han havde holdt sit foredrag – med et kraftigt batteri af syrefyldte kobberkar, kompashuse i metal og træ, ledninger og en frithængende magnetnål. Og nålen vibrerede, som den havde gjort det et par måneder tidligere. Og da han fandt på at føre ledningen parallelt med kompasnålen i stedet for på tværs, var der ingen tvivl: Et kraftigt udsving viste, at der var sammenhæng mellem elektricitet og magnetisme!

LÆS OGSÅ: Ørsted tegneserien begejstrer anmelderne

Ørsted og hans folk foretog nu flere eksperimenter. Hvis man lod strømmen løbe modsat, slog kompasnålen ud til den modsatte side. Men flyttede man tråden ned under kompasnålen, slog nålen ud til samme side som i det første eksperiment. Ørsted indså, at den nyopdagede kraft gik i ring omkring tråden, og at kredsløbsretningen skiftede med retningen af elektriciteten.

Nu fik Ørsted travlt. Han vidste, at det gjaldt om at sprede nyheden om sin opdagelse af elektromagnetismen hurtigst muligt til alle førende forskere i Europa. De befandt sig i lande som Frankrig, Tyskland, England og for ikke at fornærme nogen af dem, affattede Ørsted sin 4-siders afhandling på latin, der stadig var det internationale sprog for lærde – omend på retur. Ørsted lod en bogtrykker i København trykke 50 eksemplarer, som han sendte af sted med kuglepost til kollegaerne i udlandet.

André-Marie Ampére var skeptisk

I Paris, der dengang var et videnskabeligt kraftcentrum, var man skeptisk overfor Ørsteds opdagelse. Videnskabsmanden André-Marie Ampère mente, at der var tale om et rent elektrisk fænomen, ikke et magnetisk. Han gennemførte forsøg med parallelle, strømførende ledninger, der henholdsvis tiltrak og frastødte hinanden alt efter strømretningen. Alle magnetiske fænomener kunne ifølge Ampére forklares ved hjælp af elektriske strømme – selv Jordens magnetfelt.

Hans og andre lærde franskmænds indledende skepsis overfor elektromagnetismen skyldtes formentlig, at man i det franske Videnskabernes Akademi allerede tidligt i 1800-tallet havde afvist enhver sammenhæng mellem elektricitet og magnetisme, og at man mente, at naturkræfter altid virker langs med forbindelseslinjen mellem de objekter, der påvirker hinanden. Ørsteds opdagelse af magnetiske kræfter, der stod vinkelret på ledningen, kom i bogstaveligste forstand på tværs.

Ampére udviklede de følgende år en omfattende matematisk beskrivelse af elektromagnetismen, som Ørsted dog ikke mente bidrog til den fysiske forståelse af fænomenet.

Michael Faraday opdager induktionen

I London modtog kemikeren Humphry Davy også et eksemplar af Ørsteds “Experimenta”, og hans assistent Michael Faraday kastede sig straks over udforskningen af det nye fænomen.

Især Ørsteds oplysning om, at den elektromagnetiske virkning gik i ring rundt om ledningen, vakte Faradays interesse. I 1821 konstruerede han et rotationsapparat, hvor han kunne få en magnet til at rotere om en strømførende ledning. Faraday havde lavet verdens første elektromotor.

Konfirmationsgaven 2021: Tegneserien om H.C. Ørsted

I 1831 vendte Faraday Ørsteds opdagelse helt på hovedet: Hvor Ørsted havde påvist, at strøm kunne bevæge en magnet, opdagede Faraday, at en magnet i bevægelse rundt om en ledning kunne skabe strøm. Fænomenet kaldes induktion og er princippet i alle el-kraftværker, hvor man omsætter mekanisk energi til elektricitet.

Schweiggers multiplikator og William Sturgeons elektromagnet

I den tyske by Halle opdagede Johann Salomo Christoph Schweigger, at selv en svag strøm kunne få magnetnålen til at give udsving, blot man viklede den strømførende ledningen mange gange rundt om kompasset. Hermed havde han skabt et måleinstrument, der kunne måle selv små mængder elektricitet. Han kaldte instrumentet “Schweiggers multiplikator”.

I 1824 viklede englænderen William Sturgeon en kobberledning mange gange rundt om en hesteskoformet jernkerne og sendte strøm igennem ledningen. Nu opdagede han, at apparatet fungerede som en magnet og tiltrak andre stykker jern, når strømmen blev sluttet, men at det mistede sin magnetiske kraft, så snart strømmen blev afbrudt. Sturgeon kunne af tekniske årsager kun skabe ret svage elektromagneter, men allerede i 1830 forbedrede amerikaneren Joseph Henry opfindelsen ved at anvende ledninger, der var isoleret med silke, og inspireret af Schweigger viklede han ledningen i flere lag rundt om jernkernen, hvorved han gjorde sine elektromagneter mange gange stærkere. Elektromagneten fandt sin første anvendelse i den elektriske telegrafi, der fra 1800-tallets midte bandt hele verden sammen.

James Clerk Maxwells ligninger kæder lys og elektromagnetisme sammen

Efter Ørsteds opdagelse af sammenhængen mellem elektricitet og magnetisme i 1820, var det andre videnskabsmænd, der arbejdede videre med at udforske og beskrive den nye kraft. Både Ampére og Faraday bidrog med teorier, men det var skotten James Clerk Maxwell, der omkring 1865 satte elektrodynamikken på samlet, matematisk formel, da han samlede en række ligninger, der beskrev sammenhængen mellem elektriske og magnetiske felter og elektriske ladninger. Disse ligninger, der i dag kaldes Maxwells ligninger, blev i 1881 reduceret til fire differentialligninger af den engelske ingeniør, Oliver Heaviside.

Maxwells ligninger førte til den overraskende indsigt, at lys er elektromagnetiske bølger. Optikkens og elektrodynamikkens kræfter var dermed forenet.

Med Maxwells matematiske ligninger var grundlaget skabt for en helt ny forståelse af magnetfelters udbredelse og elektromagnetiske bølgers natur.

Trådløs telegrafi og radio

Eksistensen af de elektromagnetiske bølger blev eksperimentelt påvist omkring 1890 af den tyske fysiker Heinrich Hertz.

I 1895 konstruerede italieneren Guglielmo Marconi det første apparat, der kunne sende morsesignaler gennem luften ved hjælp af elektromagnetiske bølger og antenner. Det gjorde det muligt for skibe at telegrafere trådløst til modtagestationer på land, hvilket blev brugt ombord på f.eks. “Titanic” i 1912.

LÆS OGSÅ: Holdet bag Ørsted tegneserien i P1 Hjernekassen

I 1902 tog to danske opfindere tog skridtet videre: Valdemar Poulsen opfandt sammen med ingeniøren Peder Oluf Pedersen den såkaldte lysbuesender, der kunne udsende kontinuerte elektromagnetiske bølger med en fast frekvens og dermed transmittere tale og musik gennem luften. Patentet blev solgt til USA, hvor radioen hurtigt blev populær.

Da var H.C. Ørsted for længst død og borte, men at hans opdagelse af elektromagnetismen revolutionerede vor verden, er der ingen tvivl om.

• Bestil tegneserien “Ørsted – han satte strøm til verden”.

Herunder: De tre ophavsmænd bag Ørsted-tegneserien besøgte 15. januar P1 Hjernekassen, hvor de talte med Peter Lund Madsen om at skabe en biografisk tegneserie om en af Danmarks største naturvidenskabsmænd. Det én time lange program kan høres her.