Novi vijek - Elektricitet i magnetizam

Početkom se znanosti o elektricitetu i magnetizmu obično uzima 1600. godina. Naime, tada je engleski liječnik i fizičar William Gilbert (1540. – 1603.), inače liječnik engleske kraljice Elizabete I., objavio čuveno djelo O magnetu, magnetskim tijelima i o velikom magnetu Zemlji (De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure), ili poznato kao De magnete. U toj je opsežnoj studiji opisao preko 600 pokusa. Mnoge je izveo s metalnim modelom Zemlje – terellom. Gilbert zaključuje da je i sama Zemlja magnet, što je i razlog orijentacije magnetne igle kompasa. Mjerio je kut inklinacije magnetne igle. Prvi je pretpostavio da je Zemljina jezgra željezna. Utvrdio je privlačenje raznoimenih magnetskih polova, a odbijanje istoimenih te dokazao Peregrineov pokus, tj. ustanovio da se dijeljenjem magneta njegovi polovi ne mogu razdvojiti. Izučavao je i svojstva magnetiziranoga materijala. U knjizi De magnete Gilbert je prvi put potrijebio pojam electricus (od grč elektron – jantar), u značenju „poput jantara”. Izradio je prvi električni mjerni instrument, elektroskop, i nazvao ga versorium. Opisao je svojstva različitih materijala s obzirom na zadržavanje naboja i materijale koji zadržavaju naboj nazvao električnima. No, nije primijetio privlačenje i odbijanje elektriziranih tijela. Smatrao je magnetizam svojstvom prisutnim u samom materijalu, a elektricitet svojstvom koje ulazi ili izlazi iz tijela. Zato je zaključio da postoji bitna razlika između električnih i magnetnih pojava.

U 17. je stoljeću napravljen prvi elektrostatički stroj i prvi kondenzator. Elektrostatički stroj konstruira 1706. godine engleski fizičar Francis Hauksbee (1666. – 1713.), a značajna poboljšanja uvodi Otto von Guericke. Tijekom svojih pokusa von Guericke uočava odbijanje elektriziranih tijela, pojave električne vodljivosti i električnoga izboja praćenoga pucketanjem. Prvi je kondenzator 1745. godine načinio Pieter von Musshenbroeck (1692. – 1761.) u nizozemskom gradu Leydenu, pa je taj kondenzator dobio naziv leidenska boca. Gotovo istodobno ga u Njemačkoj pronalazi Ewald von Kleist (1700. – 1748.).

Američki je fizičar i političar Benjamin Franklin (1706. – 1790.) napravio mnoga istraživanja elektriciteta i prikazao ih u radu Pokusi i motrenja elektriciteta. Franklin zastupa jednofluidnu teoriju elektriciteta i njegovu čestičnu prirodu. Objašnjava nastanak groma pomoću pokusa sa šiljkom te konstruira prvi gromobran. Polazište je njegove teorije elektriciteta zakon očuvanja električnoga naboja. Franklinu zahvaljujemo današnje termine „pozitivan i negativan naboj“ te naziv „vodič“ (koji se do tada nazivao „elektrik“).

Francuski je vojni inženjer Charles Augustin de Coulomb (1736. – 1806.) istraživao odbojnu silu među elektriziranim metalnim kuglicama te zaključio je da je ona obrnuto razmjerna kvadratu udaljenosti između kuglica, odnosno naboja. Zato relaciju koja to iskazuje njemu u čast zovemoCoulombovim zakonom. Također, smatrao je da postoji analogija električne i gravitacijske sile.

Talijanski profesor anatomije Luigi Galvani (1737. – 1798.) slučajno je opazio grčenje žabljih krakova u doticaju s metalom. Intenzitet grčenja je ovisio o vrsti metala, a za staklo npr. grčenja uopće nije bilo. Galvani je pretpostavio da je ta pojava električne prirode, ali ju je objasnio postojanjem „životinjskoga elektriciteta“. Taj je koncept ispravio njegov sunarodnjak i suvremenik Alessandro Volta (1745. – 1827.). Volta je ustvrdio da uzrok grčenja žabljih krakova nije „životinjski elektricitet“, već metal koji krakove dodiruje. Volta 1793. godine objavljuje da je uspio proizvesti električnu struju kada je između dva različita metala stavio vlažan predmet. Tako je ušao u povijest znanosti kao izumitelj prvoga izvora električne struje, nazvanoga Voltin članak. Izvor se sastojao od cinčane i bakrene elektrode uronjene u otopinu sumporne kiseline. Volta je članke povezivao u seriju i tako dobio jači izvor koji se zove Voltin stup, koji danas poznajemo pod nazivom baterija. Električnu struju koja nastaje u takovom kemijskom izvoru električne struje Volta je u čast Galvanija nazvao galvanskom strujom. Poznat je i Voltin niz (poredak metala po njihovu elektrodnom potencijalu) iz kojega se može odrediti koji će metali proizvesti veći električni napon ako su upotrijebljeni kao elektrode u članku.