一根通著向下電流的銅導線恰好穿過字母 O,把紙板刺穿,周圍的紙板上鋪開三圈磁場強度環,環上流動著虛線。兩支箭頭沿著圓環繞導線轉動,中間的圓環隨光暈呼吸,右側刻度的滑塊升到 0.2 奧斯特——這正是一安培電流在一公分處產生的數值。
單位頁
磁場強度 · CGS 第 1/1 頁 · 修訂 2026-09奧斯特 Oe · oersted
國際單位制以外的單位 · 量:磁場強度;CGS 單位,1 Oe = 1000/4π A/m
講課時顫動的指針
1820 年春,漢斯·克里斯蒂安·奧斯特在哥本哈根講一堂關於伽伐尼電的晚課,接通伏打電堆的電路時,他注意到導線旁的指南針轉動了。聽眾沒看出什麼特別,指針只是微微一顫,但那年夏天奧斯特用更強的電池重做了實驗,並向歐洲各地寄出一篇簡短的拉丁文短文:導線中的電流在周圍產生磁作用,這種作用既不指向導線,也不背離導線,而是繞著導線轉圈。
一百一十年後,奧斯特的名字被賦予 CGS 制的磁場強度單位,也就是電流所產生的那個量,無論導線周圍是空氣、鐵還是真空。
本頁展示同樣的線圈奧斯特數如何隨鐵芯不同而變成截然不同的高斯數,為什麼換算到國際單位制時會出現四個 π,以及奧斯特為什麼至今仍活在磁鐵的技術資料裡。
符號 Oe 用大寫 O 和小寫 e 書寫,因為它來自奧斯特的姓,而單位名稱用小寫:oersted、kilooersted。丹麥字母 ø 不進入符號,所以這個單位在各種語言裡看起來都一樣。
奧斯特量度磁場強度 H——電流產生的東西,高斯量度磁感應強度 B——在材料中形成的東西。在真空中兩者數值相同,但在鋼芯裡一奧斯特就能產生數千高斯,二者不能互相代替。
01 · 定義
安培每公尺 · 吉伯 · 高斯奧斯特是電磁 CGS 制中的磁場強度單位:每公分路徑上一吉伯的磁動勢產生這樣的強度,換算到國際單位制等於一千除以四 π 安培每公尺,約 79.6 A/m。
磁場強度描述的是電流所造成的場,與材料無關:每公分十匝、通一安培電流的線圈,內部約產生十二點五奧斯特,不論裡面是空氣還是鋼。而這個強度所引起的磁感應強度則強烈依賴材料,因為鐵會被磁化並把自己的場疊加上去,於是 B = H + 4πM。
奧斯特換算到國際單位制時的四個 π,是 CGS 制建構方式留下的痕跡:其中磁極的庫侖定律不帶係數,場的球面幾何移進了電流的方程式,而國際單位制則把它從馬克士威方程組中移到了單位的定義裡。
同樣的奧斯特,不同的高斯
左邊是每公分十匝的線圈,裡面插著所選的鐵芯:銅線中的電流決定磁場強度 H,鐵芯裡紫色線條的數量和速度表示由此產生的磁感應強度 B。右邊是全部五種材料的磁化曲線,H 軸為對數刻度——亮的那條是所選材料,發光的點是目前狀態,底部的細線是真空,那裡 B 在數值上等於 H。
為什麼磁場強度按電流算,而不按場算
沿任意封閉路徑繞導線一周,把沿途的磁場強度加起來,得到的就是這條路徑所包圍的電流乘以一個常數,別無其他:鐵芯和空氣都不進入這個和。所以工程師直接用匝數和安培算出線圈中的磁場強度,再從材料曲線上查出磁感應強度——奧斯特和高斯分屬兩個不同的量,保存的正是這種兩步走的邏輯。
02 · 換算
單位 · 場與線圈 · 矯頑力從奧斯特到安培每公尺
輸入任意單位的磁場強度,本頁會用奧斯特和安培每公尺表示它,顯示哪些電流和線圈能產生它,並與材料的矯頑力——使物質退磁所需的磁場強度——作比較。各個分頁裡的磁場強度都相同。
記憶規則:一奧斯特差不多是八十安培每公尺,一千安培每公尺比十二點五奧斯特略多。
磁鐵有兩種矯頑力:磁感矯頑力 Hcb,此時 B 降為零;內稟矯頑力 Hcj,此時磁化強度本身消失;釹磁鐵的後者可達前者的兩倍。比較技術資料時,最好核對標出的是哪一種。
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04 · 測量儀器
指針 · 亥姆霍茲 · 曲線 · 鉤錶奧斯特如何產生、如何讀出
指南針上方的導線
導線由南向北緊貼指針上方拉直,一通電流,指針就橫轉過來;只要把導線放到指針下面或讓電流反向,它就轉向另一邊。從這個簡單實驗出發,幾週之內就誕生了施威格倍增器——第一台檢流計,後來又有了正切檢流計,人們把指針的偏角讀作電流的大小。
由尺寸算出的磁場強度
兩個相同的線圈相距等於其半徑,在它們之間的大片區域內產生幾乎均勻的場,其強度可以由匝數、電流和半徑直接算出,無需任何調整。因此亥姆霍茲線圈被用作磁場基準:在其中校準感測器、抵消地磁場,並精確設定試驗方法所要求的奧斯特數。
兩個名字共同棲身的曲線
樣品上繞兩組繞組:第一組通交流電,由它算出以奧斯特計的磁場強度;從第二組取出感應電壓,積分成以高斯計的磁感應強度。點沿磁滯曲線運行,設計者從中讀出所需的一切:曲線與 B 軸的交點是剩磁,與 H 軸的交點是矯頑力。
繞一圈找到的電流
鉤錶用鐵芯環套住導線,依安培定律把整圈的磁場強度加起來,所以讀數與導線在環內的位置無關。這是奧斯特實驗的直接遺產:不必斷開電路,僅憑電流在周圍產生的磁場強度圓圈就能知道電流。
05 · 書寫規則
符號 · H 與 B · 磁鐵資料矯頑力用奧斯特,不用高斯
奧斯特只配磁場強度,高斯只配磁感應強度;把奧斯特換算到國際單位制時,別忘了一千除以四 π 這個係數。
右欄第一行用磁感應強度的單位量磁場強度,第二行丟了八十這個係數,第三行套用了絕對制的公式——那裡電流以絕對安培計——結果差了十倍。第四行捏造了一個並不存在的單位來代替百萬高斯·奧斯特,第五行弄錯了符號的大小寫,第六行則把只在真空中成立的等式搬進了磁感應強度大上千倍的鐵芯。
06 · 相鄰單位
安培每公尺 · 高斯 · 吉伯奧斯特有三個鄰居:安培每公尺,在國際單位制中用它度量同一個磁場強度;高斯,真空中與奧斯特數值相同;吉伯,即磁動勢,除以一公分路徑就得到奧斯特。
國際單位制中的磁場強度,始終沒有自己的名字。
CGS 制中的磁感應強度;在真空中奧斯特和高斯用同一個數表示。
CGS 制的磁動勢;每公分一吉伯就是奧斯特。
07 · 歷史部分
檔案 · 從哥本哈根到國際單位制磁場強度如何得名又失去名字
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退磁需要多少奧斯特
每根柱子的高度是當時典型磁鐵的矯頑力 Hcb,採用 10 到 20 000 Oe 的對數刻度:淬火鋼、鋁鎳鈷、鐵氧體、釤鈷和釹。框依次走過各代磁鐵;八十年間磁鐵的抗退磁能力提高了將近兩百倍。
這些數字廠商至今仍以千奧斯特印出,在這個行業裡,奧斯特活得比哪裡都穩。
一個沒有名字的量
國際單位制中幾乎所有電磁量都有自己的名字:伏特、歐姆、韋伯、特斯拉、亨利。磁場強度沒有進入這個行列,仍然是安培每公尺,儘管它在 CGS 制中有單獨的名字——這不是疏忽,而是國際單位制結構的直接結果:安培在其中是基本單位,而磁場強度本質上是每單位路徑長度的電流,可以不經任何中介直接用它表示。
奧斯特則生活在一個根本沒有基本電學單位的體系裡,在那裡磁場強度根本沒有更短的寫法。1960 年 CGS 制被棄用後,這個名字就顯得多餘,但幾十年來一直以奧斯特計數的永久磁鐵行業,把它和高斯一起保留了下來,如今幾乎每份釹磁鐵技術資料都同時用兩種單位制印出。
一個簡單的係數調和了兩種寫法:一千安培每公尺等於 12.566 奧斯特,廠商早已把它放進表格,買家不必再去記那四個 π。