19. stoljeće - Elektricitet i magnetizam

Danski fizičar i kemičar Hans Christian Ørsted (1777. – 1851.) jedan je od znanstvenika koji su otkrili vezu električnih i magnetnih pojava. Dok je 1819. godine jednom pripremao predavanje na sveučilištu u Kopenhagenu, primijetio je trzanje magnetske igle kompasa svaki put kada bi dolazilo do promjene struje u vodiču. To ga je navelo na zaključak o postojanju magnetnoga polja oko vodiča pod strujom, a to njegovo povijesno otkriće nazivamo Ørstedov pokus. Matematičku je formulaciju toga pokusa kasnije dao Andre-Marie Ampere. Øerstedov pokus sa zavojnicom prvi je izveo Johann Schweigger, konstruktor prvoga galvanometra, koji kasnije usavršava Johann Christoff Poggendorff.

Godine 1821. Thomas Johann Seebeck (1770. – 1831.) otkriva termoelektricitet. Seebeckovim učinkom nazivamo pojavu struje na zagrijanom spojištu različitih metala. Jean Charles Peltier (1785. – 1845.) je ustanovio obratnu pojavu: struja kroz strujni krug u kojem je spojište različitih metala uzrokuje promjenu temperature spojišta koja, ovisno o kombinaciji metala, može biti pozitivna i negativna, tj. može značiti zagrijavanje i hlađenje spojišta.

Jean-Baptiste Biot (1774. – 1862.) i Felix Savart (1791. – 1841. ) eksperimentalno su otkrili zakon magnetne indukcije ravnoga vodiča, koji je matematički oblikovao Pierre-Simon Laplace (1749. – 1827.), pa se naziva Laplace – Biot – Savartovim zakonom.

Francuski je fizičar, matematičar i polimat Andre Marie Ampere (1775. – 1836.) jedan od utemeljitelja elektrodinamike. Naime, Ampere je utvrdio da se kružni tok električne struje ponaša kao magnet te formulirao zakon prema kojemu se dva paralelna vodiča međusobno privlače kada kroz njih prolazi struja istoga smjera, a odbijaju ako su struje suprotno usmjerene. Matematički je formulirao zakonitost otkrivenu Øerstedovim pokusom koju nazivamo Ampereovim zakonom. Uveo je pojmove elektrodinamika, električna struja, električni strujni krug, galvanometar i definirao (tehnički) smjer struje. Ampere se često smatra i začetnikom ideje telegrafa.

Linearnu je ovisnost električne struje i napona kod nekih vrsta vodiča prvi otkrio engleski fizičar Henry Cavendish (1731. – 1810.), no to otkriće nije objavio. No, 1827. godine to je učinio njemački fizičar Georg Simon Ohm (1787. – 1854.) u djelu Matematički istražen galvanski krug (Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet),pa je po njemu ta ovisnost nazvana Ohmov zakon. Ohm je u fiziku uveo pojmove elektromotorna sila, pad napona i električna vodljivost. Također, 1830. godine je prvi izmjerio elektormotorni napon izvora struje.

Michaela Faradaya (1791. – 1867.), autora brojnih otkrića u vezi s elektomagnetizmom i elektrokemijom, mnogi povjesničari znanosti danas smatraju najvećim eksperimentatorom u povijesti fizike. Porijeklom iz siromašne obitelji, od 14. je godine morao raditi i samostalno se obrazovati. Budući da je u vrlo skromnim uvjetima, zahvaljujući iznimnom trudu i genijalnosti, uspio postati jednim od najvećih znanstvenika u povijesti, često ga se naziva i „Pepeljugom znanosti“.

Talijanski svećenik i fizičar Francesco Zantedeschi (1797. – 1873.) 1829. i 1830. godine objavljuje radove o pojavi električne struje u zatvorenom strujnom krugu kojemu se približava magnet čime na neki način anticipira Faradayevo otkriće. Pokuse koji su doveli do spoznaje o elektromagnetnoj indukciji Faraday započinje 1831. godine. Otkriva da promjenljivo magnetno polje uzrokuje pojavu električnoga polja, odnosno induciranoga napona i, posljedično, inducirane struje. Ovaj je princip iskoristio za konstrukciju električnoga dinama, prvoga generatora električne energije.

Faraday je uveo dva važna koncepta koji su značajno utjecali na daljnji razvoj fizike. Prvi je koncept silnica, koje su omogućile vizualizaciju električnih i magnetnih polja, i time postale ključni „mentalni model” za razvoj elektromehaničkih uređaja u 19. st. Drugi je koncept polja sile odnosno „djelovanja na daljinu“. Faraday je istražujući magnetizam prvi shvatio važnost polja kao fizičkoga objekta. Električno i magnetno polje, smatra on, nisu samo polja sile koja određuju gibanje čestice, nego posjeduju neovisnu fizičku realnost jer prenose energiju. Ove su ideje vodile ka prvoj „ujedinjenoj teoriji polja“ u fizici, tj. oblikovanju Maxwellovih jednadžbi, a pojam polja postao je, i još uvijek jest, jedna od fundamentalnih kategorija suvremene fizike.
Osim zakona elektromagnetne indukcije Faradayevim imenom nazivamo i zakone elektrolize. Faraday je istražio polarizaciju dielektrika, uveo fizičku veličinu električne permitivnosti, a u magnetizam uveo nazive dijamagnetizam i paramagnetizam.