ลวดทองแดงที่มีกระแสไหลลงทะลุแผ่นกระดาษแข็งตรงตัวอักษร O พอดี และรอบลวดบนกระดาษมีวงแหวนความเข้มสนามสามวงแผ่ออกไป มีเส้นประไหลอยู่บนวงแหวน ลูกศรสองดอกวิ่งรอบลวดตามวงแหวน วงกลางเต้นเป็นจังหวะพร้อมแสงเรือง และตัวเลื่อนของสเกลด้านขวาขึ้นไปถึง 0.2 เออร์สเตด ซึ่งเป็นค่าที่กระแสหนึ่งแอมแปร์ให้ที่ระยะหนึ่งเซนติเมตร
แผ่นข้อมูลหน่วย
ความเข้มสนาม · CGS แผ่นที่ 1/1 · ปรับปรุง 2026-09เออร์สเตด Oe · oersted
หน่วยนอก SI · ปริมาณ: ความเข้มสนามแม่เหล็ก; หน่วย CGS, 1 Oe = 1000/4π A/m
เข็มที่สั่นไหวระหว่างการบรรยาย
ฤดูใบไม้ผลิปี 1820 ฮันส์ คริสเตียน เออร์สเตด บรรยายภาคค่ำที่โคเปนเฮเกนเรื่องไฟฟ้ากัลวานี และขณะต่อวงจรของกองโวลตา เขาสังเกตว่าเข็มทิศที่วางข้างลวดหมุนไป ผู้ฟังไม่เห็นอะไรพิเศษ เข็มแค่สั่นนิดเดียว แต่ฤดูร้อนปีนั้นเออร์สเตดทำการทดลองซ้ำด้วยแบตเตอรี่ที่แรงกว่าและส่งบันทึกภาษาละตินสั้น ๆ ไปทั่วยุโรปว่า กระแสที่ไหลในลวดสร้างการกระทำทางแม่เหล็กรอบตัว และการกระทำนั้นไม่ได้พุ่งเข้าหาลวดหรือออกจากลวด แต่วนเป็นวงกลม
หนึ่งร้อยสิบปีต่อมา ชื่อของเออร์สเตดได้กลายเป็นชื่อหน่วย CGS ของความเข้มสนามแม่เหล็ก ซึ่งก็คือปริมาณที่กระแสสร้างขึ้น ไม่ว่ารอบลวดจะเป็นอากาศ เหล็ก หรือสุญญากาศ
หน้านี้แสดงว่าค่าเออร์สเตดเดียวกันของขดลวดกลายเป็นจำนวนเกาส์ที่ต่างกันมากตามแกนได้อย่างไร ทำไมการแปลงเป็น SI จึงมีสี่พายโผล่ขึ้นมา และทำไมเออร์สเตดยังคงอยู่ในเอกสารข้อมูลแม่เหล็กจนทุกวันนี้
สัญลักษณ์ Oe เขียนด้วย O ตัวใหญ่และ e ตัวเล็ก เพราะมาจากนามสกุลของเออร์สเตด ส่วนชื่อหน่วยเขียนด้วยตัวเล็ก: oersted, kilooersted ตัวอักษรเดนมาร์ก ø ไม่ได้ใส่ในสัญลักษณ์ หน่วยนี้จึงหน้าตาเหมือนกันในทุกภาษา
เออร์สเตดวัดความเข้มสนาม H คือสิ่งที่กระแสสร้าง ส่วนเกาส์วัดความหนาแน่นฟลักซ์ B คือสิ่งที่เกิดในวัสดุ ในสุญญากาศตัวเลขตรงกัน แต่ในแกนเหล็กกล้า หนึ่งเออร์สเตดให้หลายพันเกาส์แล้ว จึงใช้อันหนึ่งแทนอีกอันไม่ได้
01 · นิยาม
แอมแปร์ต่อเมตร · กิลเบิร์ต · เกาส์เออร์สเตดคือหน่วยความเข้มสนามแม่เหล็กในระบบ CGS แม่เหล็กไฟฟ้า ความเข้มนี้เกิดจากแรงเคลื่อนแม่เหล็กหนึ่งกิลเบิร์ตต่อเส้นทางหนึ่งเซนติเมตร และเมื่อแปลงเป็น SI เท่ากับหนึ่งพันหารด้วยสี่พายแอมแปร์ต่อเมตร หรือราว 79.6 A/m
ความเข้มสนามบรรยายสนามตามที่กระแสสร้างขึ้นและไม่ขึ้นกับวัสดุ ขดลวดสิบรอบต่อเซนติเมตรที่มีกระแสหนึ่งแอมแปร์สร้างภายในราวสิบสองจุดห้าเออร์สเตด ไม่ว่าข้างในจะเป็นอากาศหรือเหล็กกล้า แต่ความหนาแน่นฟลักซ์ที่ความเข้มนี้ทำให้เกิดขึ้นกับวัสดุอย่างมาก เพราะเหล็กถูกทำให้เป็นแม่เหล็กและเติมสนามของตัวเองเข้าไป จึงได้ B = H + 4πM
สี่พายในการแปลงเออร์สเตดเป็น SI คือร่องรอยของวิธีสร้างระบบ CGS กฎของคูลอมบ์สำหรับขั้วแม่เหล็กในระบบนั้นเขียนโดยไม่มีสัมประสิทธิ์ และเรขาคณิตทรงกลมของสนามย้ายไปอยู่ในสมการของกระแส ขณะที่ SI ย้ายมันออกจากสมการของแมกซ์เวลล์ไปไว้ในนิยามของหน่วย
เออร์สเตดเท่ากัน เกาส์ต่างกัน
ทางซ้ายคือขดลวดสิบรอบต่อเซนติเมตรที่ใส่แกนที่เลือกไว้ กระแสในทองแดงกำหนดความเข้มสนาม H ส่วนจำนวนและความเร็วของเส้นสีม่วงในแกนแสดงความหนาแน่นฟลักซ์ B ที่เกิดขึ้น ทางขวาคือเส้นโค้งการทำให้เป็นแม่เหล็กของวัสดุทั้งห้าบนสเกลลอการิทึมของ H เส้นสว่างคือวัสดุที่เลือก จุดเรืองแสงคือสถานะปัจจุบัน และเส้นบางด้านล่างคือสุญญากาศ ซึ่ง B มีค่าเท่ากับ H
ทำไมความเข้มสนามจึงคำนวณจากกระแส ไม่ใช่จากสนาม
ถ้าเดินรอบลวดตามเส้นทางปิดใดก็ได้แล้วรวมความเข้มสนามตลอดทาง จะได้กระแสที่เส้นทางนั้นล้อมไว้คูณด้วยค่าคงที่ ไม่มีอย่างอื่น ทั้งแกนและอากาศไม่เข้ามาในผลรวม วิศวกรจึงคำนวณความเข้มสนามในขดลวดได้โดยตรงจากจำนวนรอบและแอมแปร์ แล้วจึงหาความหนาแน่นฟลักซ์จากเส้นโค้งของวัสดุ และตรรกะสองขั้นนี้เองที่เออร์สเตดกับเกาส์รักษาไว้ โดยแยกกันไปอยู่กับปริมาณสองตัว
02 · การแปลงหน่วย
หน่วย · สนามและขดลวด · สภาพลบล้างแม่เหล็กจากเออร์สเตดเป็นแอมแปร์ต่อเมตร
ป้อนความเข้มสนามในหน่วยใดก็ได้ แล้วหน้านี้จะแสดงเป็นเออร์สเตดและแอมแปร์ต่อเมตร บอกว่ากระแสและขดลวดแบบใดสร้างได้ และเทียบกับสภาพลบล้างแม่เหล็กของวัสดุ คือความเข้มสนามที่ต้องใช้ล้างความเป็นแม่เหล็กของสาร ความเข้มสนามในทุกแท็บเป็นค่าเดียวกัน
กฎช่วยจำ: หนึ่งเออร์สเตดเกือบแปดสิบแอมแปร์ต่อเมตร และหนึ่งกิโลแอมแปร์ต่อเมตรมากกว่าสิบสองจุดห้าเออร์สเตดเล็กน้อย
แม่เหล็กมีสภาพลบล้างสองแบบ คือแบบความหนาแน่นฟลักซ์ Hcb ที่ทำให้ B เป็นศูนย์ และแบบสภาพแม่เหล็ก Hcj ที่ทำให้สภาพแม่เหล็กเองหายไป ในแม่เหล็กนีโอดิเมียมค่าหลังอาจเป็นสองเท่าของค่าแรก เวลาเทียบเอกสารข้อมูลจึงควรดูว่าระบุค่าใด
| {k} | {v} | {note} |
{text}
04 · เครื่องมือวัด
เข็ม · เฮล์มโฮลทซ์ · วง · แคลมป์สร้างและอ่านค่าเออร์สเตดอย่างไร
ลวดเหนือเข็มทิศ
ขึงลวดจากใต้ไปเหนือไว้เหนือเข็มพอดี เมื่อปล่อยกระแสผ่าน เข็มจะหมุนไปขวางลวด เพียงย้ายลวดไปไว้ใต้เข็มหรือกลับทิศกระแส เข็มก็หมุนไปอีกทาง จากการทดลองง่าย ๆ นี้ ภายในไม่กี่สัปดาห์ก็เกิดตัวทวีของชไวเกอร์ ซึ่งเป็นกัลวานอมิเตอร์เครื่องแรก และต่อมาก็มีกัลวานอมิเตอร์แทนเจนต์ ซึ่งอ่านมุมเข็มเป็นความแรงกระแส
ความเข้มสนามที่คำนวณจากขนาด
ขดลวดสองวงที่เหมือนกัน วางห่างกันเท่ารัศมี จะสร้างสนามที่เกือบสม่ำเสมอในบริเวณกว้างระหว่างกัน และความเข้มคำนวณได้จากจำนวนรอบ กระแส และรัศมี โดยไม่ต้องปรับแก้ใด ๆ ขดลวดเฮล์มโฮลทซ์จึงใช้เป็นมาตรฐานสนาม ใช้สอบเทียบหัววัด หักล้างสนามโลก และตั้งค่าเออร์สเตดให้ตรงตามที่วิธีทดสอบกำหนด
วงที่ทั้งสองชื่ออาศัยอยู่
ชิ้นตัวอย่างพันด้วยขดลวดสองชุด ชุดแรกผ่านกระแสสลับแล้วคำนวณความเข้มสนามเป็นเออร์สเตดจากกระแสนั้น ชุดที่สองรับแรงดันเหนี่ยวนำแล้วอินทิเกรตเป็นความหนาแน่นฟลักซ์เป็นเกาส์ จุดวิ่งไปตามวงฮิสเทอรีซิส และผู้ออกแบบอ่านทุกอย่างที่ต้องการจากวงนี้ ความหนาแน่นฟลักซ์คงค้างอยู่ตรงที่วงตัดแกน B และสภาพลบล้างแม่เหล็กอยู่ตรงที่วงตัดแกน H
กระแสที่หาได้จากการวนรอบ
แคลมป์มิเตอร์ใช้วงแหวนแกนคล้องลวดไว้ และรวมความเข้มสนามตลอดทั้งรอบตามกฎของแอมแปร์ ค่าที่อ่านได้จึงไม่ขึ้นกับว่าลวดอยู่ตรงไหนในวงแหวน นี่คือมรดกโดยตรงของการทดลองของเออร์สเตด รู้ค่ากระแสได้โดยไม่ต้องตัดวงจร เพียงจากวงความเข้มสนามที่กระแสสร้างรอบตัว
05 · กฎการเขียน
สัญลักษณ์ · H และ B · เอกสารข้อมูลแม่เหล็กสภาพลบล้างแม่เหล็กเป็นเออร์สเตด ไม่ใช่เกาส์
เออร์สเตดใช้กับความเข้มสนามเท่านั้น เกาส์ใช้กับความหนาแน่นฟลักซ์เท่านั้น และเมื่อแปลงเออร์สเตดเป็น SI อย่าลืมตัวคูณหนึ่งพันส่วนสี่พาย
บรรทัดแรกทางขวาวัดความเข้มสนามด้วยหน่วยความหนาแน่นฟลักซ์ บรรทัดที่สองทำตัวคูณแปดสิบหาย บรรทัดที่สามใช้สูตรจากระบบสัมบูรณ์ที่กระแสเป็นแอบแอมแปร์ จึงผิดไปสิบเท่า บรรทัดที่สี่สร้างหน่วยที่ไม่มีอยู่จริงแทนเมกะเกาส์-เออร์สเตด บรรทัดที่ห้าทำตัวพิมพ์ของสัญลักษณ์ผิด และบรรทัดที่หกนำสมการที่จริงเฉพาะในสุญญากาศไปใช้กับแกน ซึ่งความหนาแน่นฟลักซ์มากกว่าหลายพันเท่า
06 · หน่วยข้างเคียง
แอมแปร์ต่อเมตร · เกาส์ · กิลเบิร์ตเออร์สเตดมีเพื่อนบ้านสามหน่วย คือแอมแปร์ต่อเมตรที่ใช้วัดความเข้มสนามเดียวกันใน SI เกาส์ที่มีค่าตรงกันในสุญญากาศ และกิลเบิร์ต แรงเคลื่อนแม่เหล็กที่เมื่อหารด้วยเส้นทางหนึ่งเซนติเมตรจะได้เออร์สเตด
ความเข้มสนามใน SI ที่ไม่เคยได้ชื่อของตัวเอง
ความหนาแน่นฟลักซ์ใน CGS ในสุญญากาศเออร์สเตดกับเกาส์ใช้ตัวเลขเดียวกัน
แรงเคลื่อนแม่เหล็กใน CGS หนึ่งกิลเบิร์ตต่อเซนติเมตรก็คือเออร์สเตด
07 · ภาคประวัติ
คลังเอกสาร · จากโคเปนเฮเกนถึง SIความเข้มสนามได้ชื่อแล้วเสียชื่อไปอย่างไร
{title}
{text}
ต้องใช้กี่เออร์สเตดเพื่อล้างความเป็นแม่เหล็ก
ความสูงของแต่ละแท่งคือสภาพลบล้างแม่เหล็ก Hcb ของแม่เหล็กทั่วไปในยุคนั้น บนสเกลลอการิทึมตั้งแต่ 10 ถึง 20 000 Oe ได้แก่ เหล็กกล้าชุบแข็ง อัลนิโก เฟอร์ไรต์ ซาแมเรียม-โคบอลต์ และนีโอดิเมียม กรอบเลื่อนผ่านแต่ละรุ่นทีละรุ่น ในแปดสิบปีความทนทานของแม่เหล็กเพิ่มขึ้นเกือบสองร้อยเท่า
ผู้ผลิตยังพิมพ์ตัวเลขทั้งหมดนี้เป็นกิโลเออร์สเตด และในวงการนี้เออร์สเตดยังมีชีวิตอยู่อย่างมั่นคงกว่าที่ใด
ปริมาณที่ยังไม่มีชื่อ
ปริมาณแม่เหล็กไฟฟ้าใน SI แทบทุกตัวมีชื่อของตัวเอง ได้แก่ โวลต์ โอห์ม เวเบอร์ เทสลา เฮนรี ความเข้มสนามแม่เหล็กไม่ได้เข้าแถวนี้ และยังคงเป็นแอมแปร์ต่อเมตร แม้ในระบบ CGS จะมีชื่อแยกต่างหาก นี่ไม่ใช่ความประมาท แต่เป็นผลโดยตรงจากโครงสร้างของ SI ในระบบนี้แอมแปร์เป็นหน่วยฐาน และความเข้มสนามซึ่งโดยความหมายคือกระแสต่อความยาวเส้นทาง ก็แสดงด้วยแอมแปร์ได้โดยไม่ต้องมีตัวกลาง
ส่วนเออร์สเตดอยู่ในระบบที่ไม่มีหน่วยฐานทางไฟฟ้าเลย และในระบบนั้นความเข้มสนามก็ไม่มีวิธีเขียนที่สั้นกว่านี้ เมื่อเลิกใช้ระบบ CGS ในปี 1960 ชื่อนี้ก็กลายเป็นส่วนเกิน แต่วงการแม่เหล็กถาวรซึ่งนับเป็นเออร์สเตดมาหลายสิบปีได้เก็บมันไว้พร้อมกับเกาส์ และทุกวันนี้เอกสารข้อมูลแม่เหล็กนีโอดิเมียมแทบทุกฉบับพิมพ์ทั้งสองระบบพร้อมกัน
สองวิธีเขียนนี้คืนดีกันได้ด้วยตัวคูณง่าย ๆ หนึ่งกิโลแอมแปร์ต่อเมตรเท่ากับ 12.566 เออร์สเตด และผู้ผลิตใส่ค่านี้ไว้ในตารางมานานแล้ว ผู้ซื้อจึงไม่ต้องนึกถึงสี่พาย