아래로 전류가 흐르는 구리선이 O 자를 정확히 지나 두꺼운 종이를 꿰뚫고, 그 둘레의 종이 위로 자기장 세기를 나타내는 고리 세 개가 퍼지며 그 위로 점선이 흐른다. 화살표 두 개가 고리를 따라 도선 둘레를 돌고, 가운데 고리는 빛을 머금고 숨 쉬며, 오른쪽 눈금의 슬라이더는 0.2 에르스텟까지 올라간다. 1암페어의 전류가 1센티미터 거리에서 만드는 값이다.
단위 시트
자기장 세기 · CGS 1/1면 · 개정 2026-09에르스텟 Oe · oersted
SI 외 단위 · 양: 자기장 세기; CGS 단위, 1 Oe = 1000/4π A/m
강의 중에 떨린 바늘
1820년 봄 한스 크리스티안 외르스테드는 코펜하겐에서 갈바니 전기에 관한 저녁 강의를 하다가, 볼타 전지 회로를 닫는 순간 도선 옆에 놓인 나침반이 돌아간 것을 알아챘다. 청중은 특별한 것을 보지 못했고 바늘은 겨우 떨렸을 뿐이지만, 그해 여름 외르스테드는 더 강한 전지로 실험을 되풀이하고 유럽 곳곳에 짧은 라틴어 보고를 보냈다. 도선을 흐르는 전류는 둘레에 자기 작용을 만들고, 그 작용은 도선 쪽으로도 도선에서 멀어지는 쪽으로도 아니고 원을 그린다는 것이었다.
백십 년 뒤 외르스테드의 이름은 CGS 계의 자기장 세기 단위에 붙었다. 도선 둘레가 공기든 철이든 진공이든, 전류가 만들어 내는 바로 그 양이다.
이 페이지는 코일의 같은 에르스텟이 철심에 따라 전혀 다른 가우스 수가 되는 모습, SI로 환산할 때 왜 네 개의 π가 나타나는지, 그리고 에르스텟이 왜 지금도 자석 사양서에 살아 있는지를 보여 준다.
기호 Oe는 대문자 O와 소문자 e로 쓴다. 외르스테드의 성에서 왔기 때문이며, 단위 이름은 소문자로 쓴다: oersted, kilooersted. 덴마크 문자 ø는 기호에 들어가지 않으므로 이 단위는 어느 언어에서나 같은 모습이다.
에르스텟은 자기장 세기 H, 곧 전류가 만드는 것을 재고, 가우스는 자속 밀도 B, 곧 물질 속에서 생긴 것을 잰다. 진공에서는 수치가 같지만 강철 철심 속에서는 1에르스텟이 이미 수천 가우스가 되므로, 하나를 다른 하나 대신 쓸 수 없다.
01 · 정의
암페어 매 미터 · 길버트 · 가우스에르스텟은 전자기 CGS 계의 자기장 세기 단위로, 경로 1센티미터당 1길버트의 기자력이 이 세기를 만든다. SI로 환산하면 천을 4π로 나눈 암페어 매 미터, 곧 약 79.6 A/m이다.
자기장 세기는 전류가 만드는 그대로의 장을 나타내며 물질에 좌우되지 않는다. 1센티미터당 10회 감고 1암페어를 흘린 코일은 안에 공기가 있든 강철이 있든 내부에 약 12.5에르스텟을 만든다. 반면 이 세기가 만드는 자속 밀도는 물질에 크게 좌우된다. 철은 자화되어 자기 장을 보태므로 B = H + 4πM이 된다.
에르스텟을 SI로 환산할 때의 네 개의 π는 CGS 계가 어떻게 지어졌는지의 흔적이다. 그 계에서는 자극에 대한 쿨롱 법칙이 계수 없이 쓰이고, 장의 구면 기하는 전류의 방정식으로 옮겨 갔다. 반면 SI는 그것을 맥스웰 방정식에서 단위의 정의로 옮겼다.
같은 에르스텟, 다른 가우스
왼쪽은 1센티미터당 10회 감은 코일로, 고른 철심이 들어 있다. 구리에 흐르는 전류가 자기장 세기 H를 정하고, 철심 속 보라색 선의 수와 속도가 생겨난 자속 밀도 B를 보여 준다. 오른쪽은 다섯 재료 모두의 자화 곡선으로 H는 로그 눈금이다. 밝은 선이 고른 재료, 빛나는 점이 현재 상태, 바닥의 가는 선이 진공인데, 거기서는 B가 수치상 H와 같다.
자기장 세기를 왜 장이 아니라 전류로 계산하는가
어떤 닫힌 경로로든 도선 둘레를 한 바퀴 돌며 그 길을 따라 자기장 세기를 더하면, 경로가 감싼 전류에 일정한 계수를 곱한 값이 나오고 그 밖의 것은 들어가지 않는다. 철심도 공기도 이 합에 들어가지 않는다. 그래서 기술자는 코일의 자기장 세기를 감은 수와 암페어로 바로 계산하고, 자속 밀도는 그다음에 재료 곡선에서 읽는다. 에르스텟과 가우스가 두 개의 다른 양으로 나뉘어 지키는 것이 바로 이 두 단계의 논리다.
02 · 환산
단위 · 장과 코일 · 보자력에르스텟에서 암페어 매 미터로
아무 단위로나 자기장 세기를 입력하면 이 페이지가 그것을 에르스텟과 암페어 매 미터로 나타내고, 어떤 전류와 코일이 그것을 만드는지 보여 주며, 재료의 보자력, 곧 물질을 탈자하는 데 필요한 자기장 세기와 비교한다. 모든 탭에서 자기장 세기는 같다.
기억할 규칙: 1에르스텟은 거의 80암페어 매 미터이고, 1킬로암페어 매 미터는 12.5에르스텟보다 조금 많다.
자석에는 두 가지 보자력이 있다. B가 사라지는 자속 밀도 보자력 Hcb와 자화 자체가 사라지는 고유 보자력 Hcj로, 네오디뮴 자석에서는 뒤의 것이 앞의 것의 두 배가 되기도 한다. 사양서를 비교할 때는 어느 쪽이 적혀 있는지 확인하는 것이 좋다.
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04 · 측정 기기
바늘 · 헬름홀츠 · 곡선 · 클램프에르스텟을 만들고 읽는 방법
나침반 위의 도선
도선을 남쪽에서 북쪽으로 바늘 바로 위에 팽팽히 걸고 전류를 흘리면 바늘이 가로로 돈다. 도선을 바늘 아래로 옮기거나 전류 방향을 바꾸기만 하면 바늘은 반대쪽으로 돈다. 이 단순한 실험에서 몇 주 만에 슈바이거의 배율기, 곧 최초의 검류계가 나왔고, 나중에는 바늘의 기울기를 전류의 세기로 읽는 탄젠트 검류계가 나왔다.
치수로 계산하는 자기장 세기
같은 코일 두 개를 반지름만큼 떨어뜨려 놓으면 그 사이의 넓은 영역에 거의 균일한 장이 생기고, 그 세기는 감은 수, 전류, 반지름으로 아무 조정 없이 계산된다. 그래서 헬름홀츠 코일은 장의 기준으로 쓰인다. 그 안에서 센서를 교정하고, 지구 자기장을 상쇄하며, 시험 방법이 요구하는 만큼의 에르스텟을 정확히 맞춘다.
두 이름이 함께 사는 곡선
시료에 두 개의 권선을 감는다. 첫째 권선에 교류를 흘려 거기서 에르스텟 단위의 자기장 세기를 계산하고, 둘째 권선에서 유도 전압을 받아 가우스 단위의 자속 밀도로 적분한다. 점이 히스테리시스 곡선을 따라 돌고, 설계자는 거기서 필요한 모든 것을 읽는다. 곡선이 B 축과 만나는 곳이 잔류 자속 밀도, H 축과 만나는 곳이 보자력이다.
한 바퀴 돌아 찾은 전류
클램프 미터는 철심 고리로 도선을 감싸고 앙페르 법칙에 따라 한 바퀴 전체의 자기장 세기를 더하므로, 표시값은 도선이 고리 안 어디에 있는지에 좌우되지 않는다. 이것은 외르스테드 실험의 직접적인 유산이다. 회로를 끊지 않고, 전류가 제 둘레에 만드는 자기장 세기의 원만으로 전류를 안다.
05 · 표기 규칙
기호 · H와 B · 자석 사양서보자력은 가우스가 아니라 에르스텟으로
에르스텟은 자기장 세기에만, 가우스는 자속 밀도에만 쓰며, 에르스텟을 SI로 환산할 때는 천 나누기 4π라는 계수를 잊지 않는다.
오른쪽 첫 줄은 자기장 세기를 자속 밀도의 단위로 재고, 둘째 줄은 80이라는 계수를 빠뜨리며, 셋째 줄은 전류를 압암페어로 나타내는 절대 단위계의 식을 가져와 열 배 틀린다. 넷째 줄은 메가가우스·에르스텟 대신 존재하지 않는 단위를 지어내고, 다섯째 줄은 기호의 대소문자를 망가뜨리며, 여섯째 줄은 진공에서만 성립하는 등식을 자속 밀도가 수천 배 큰 철심에 끌어들인다.
06 · 이웃 단위
암페어 매 미터 · 가우스 · 길버트에르스텟에는 세 이웃이 있다. SI에서 같은 자기장 세기를 재는 암페어 매 미터, 진공에서 일치하는 가우스, 그리고 경로 1센티미터로 나누면 에르스텟이 되는 기자력인 길버트다.
SI의 자기장 세기. 끝내 고유한 이름을 얻지 못했다.
CGS의 자속 밀도. 진공에서는 에르스텟과 가우스가 같은 수로 나타난다.
CGS의 기자력. 1센티미터당 1길버트가 곧 에르스텟이다.
07 · 역사 부문
자료 · 코펜하겐에서 SI까지자기장 세기는 어떻게 이름을 얻고 다시 잃었나
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탈자에는 몇 에르스텟이 필요한가
각 막대의 높이는 그 시대 전형적인 자석의 보자력 Hcb를 10에서 20 000 Oe까지의 로그 눈금으로 나타낸 것이다. 담금질한 강철, 알니코, 페라이트, 사마륨코발트, 네오디뮴. 틀이 세대를 차례로 돈다. 80년 동안 자석의 버티는 힘은 거의 200배가 되었다.
제조사들은 지금도 이 수치들을 킬로에르스텟으로 인쇄하며, 이 업계에서 에르스텟은 어디보다 굳건히 살아 있다.
이름 없이 남은 양
SI의 전자기 양은 거의 모두 고유한 이름이 있다. 볼트, 옴, 웨버, 테슬라, 헨리. 자기장 세기는 이 줄에 들지 못하고 암페어 매 미터로 남았다. CGS 계에서는 따로 이름이 있었는데도 말이다. 이것은 소홀함이 아니라 SI 구조의 직접적인 결과다. SI에서 암페어는 기본 단위이고, 뜻으로 보면 경로 길이당 전류인 자기장 세기는 아무 매개 없이 그것으로 표현된다.
반면 에르스텟은 기본 전기 단위가 전혀 없는 체계에서 살았고, 거기서는 자기장 세기에 더 짧은 표기가 아예 없었다. 1960년 CGS 계가 버려지자 이름은 남는 것이 되었지만, 수십 년 동안 에르스텟으로 셈해 온 영구 자석 업계가 가우스와 함께 그것을 지켰고, 오늘날 네오디뮴 자석 사양서는 거의 모두 두 체계로 동시에 인쇄된다.
두 표기를 화해시키는 것은 간단한 계수다. 1킬로암페어 매 미터는 12.566에르스텟이고, 제조사들은 오래전부터 그것을 표에 넣어 두었으니 구매자는 네 개의 π를 떠올릴 필요가 없다.