電磁気理論の歴史

電気機械はその後、フランシス・ホークスビー、彼の弟子のリッツェンドルフ、そして1750年頃のゲオルク・マティアス・ボーゼ教授によって改良された。クリスティアン・アウグスト・ハウゼンのために研究していたリッツェンドルフは、ゲーリケの硫黄球の代わりにガラス球を使用した。ボーゼは、このような機械で「主導体」を初めて使用した。これは、樹脂のブロックの上に立って体を絶縁した人の手に持った鉄棒で構成されていた。インゲンホウスは1746年、板ガラス製の電気機械を発明した。^{[ 35 ]}電気機械の実験は、両面に錫箔を貼ったガラス板が起電力源に接続されると電荷を蓄積するという発見によって大きく助けられた。電気機械はすぐにエアフルト大学の教授でスコットランド人のアンドリュー・ゴードンによってさらに改良され、彼はガラス球の代わりにガラス円筒を使用した。そして、ライプツィヒのギーシングは、ウール素材のクッションからなる「ゴム」を追加した。一連の金属点からなる集電器は、1746年頃にベンジャミン・ウィルソンによって機械に追加され、1762年には、イギリスのジョン・カントン（1754年に最初の髄球検電器を発明した人物でもある^{[ 36 ]}）が、ゴムの表面に錫のアマルガムを振りかけることで電気機械の効率を向上させた^{[ 11 ] 。}

1729年、スティーブン・グレイは導体と非導体（絶縁体）の違いを実証する一連の実験を行い、金属線や麻紐でさえ電気を通すが、絹は通さないことを示した。彼の実験の一つでは、 800フィートの麻紐に電流を流し、それを一定間隔で絹糸の輪で吊り下げた。同じ実験を絹の代わりに細く紡いだ真鍮線で行おうとしたところ、電流は麻紐全体には流れず、真鍮線の中に消えていくように見えた。この実験から、彼は物質を2つのカテゴリーに分類した。ガラス、樹脂、絹のような「電気性物質」（現在では絶縁体と呼ばれるもの）と、金属や水のような「非電気性物質」（現在では導体と呼ばれるもの）である。「非電気性物質」は電荷を伝導し、「電気性物質」は電荷を保持する。^{[ 11 ] [ 37 ]}

グレイの研究結果に興味を抱いたC・F・デュファイは、1732年にいくつかの実験を開始した。最初の実験で、デュファイは金属、動物、液体を除くすべての物体は摩擦によって帯電させることができ、金属、動物、液体は電気機械によって帯電させることができると結論づけ、グレイの「電気を帯びる物質」と「電気を帯びない物質」という分類を否定した。

1733年、デュ・ファイは、ガラスをこすると発生する摩擦電気と樹脂をこすると発生する摩擦電気の2種類を発見したと考えた。^{[ 38 ]}このことから、デュ・ファイは、電気は摩擦によって分離され、混ざると互いに中和する「ガラス質」と「樹脂質」の2種類の電気流体から構成されていると理論づけた。^{[ 39 ]}この電気の考え方は、クリスティアン・ゴットリープ・クラッツェンシュタインの理論的および実験的研究によっても支持された。この2流体理論は後に誤りであることが証明され、ベンジャミン・フランクリンが考案した正負の電荷の概念に取って代わられた。 ^{[ 11 ]}

ライデン瓶は、大量の電気エネルギーを蓄えるコンデンサの一種で、 1744 年 10 月 11 日にエヴァルト・ゲオルク・フォン・クライストによって、また 1745 ～ 1746 年にライデン大学でピーテル・ファン・ムッシェンブルックによってそれぞれ独立に発明されました(後者の場所がこの装置の名前の由来となっています)。^{[ 38 ] [ 40 ]}ウィリアム・ワトソンは、ライデン瓶で実験中に、1747 年に静電気の放電が電流に相当することを発見しました。静電容量は、1754 年にライデンのフォン・クライストによって初めて観察されました。 ^{[ 41 ]}フォン・クライストはたまたま電気機械の近くに小さな瓶を持っており、その首には鉄の釘が入っていました。彼は誤ってもう一方の手で鉄の釘に触れ、激しい感電を受けました。ほぼ同じように、ムッシェンブルックはクナーンスの助けを借りて、やや似たガラス瓶からより激しい感電を受けました。イギリスのウィリアム・ワトソン卿は、瓶または容器の外側と内側を錫箔で覆うことで、この装置を大幅に改良しました。この電気装置は、パリのノレ修道院長が発見地の名にちなんで名付けた、有名なライデン瓶として容易に認識できます。^{[ 11 ]}

1741年、ジョン・エリコットは「帯電した物体の上に片方の天秤を置き、もう一方の天秤をその吸引力で引き寄せたとき、もう一方の天秤の重りを持ち上げる力によって帯電の強さを測定することを提案した」。1746年には早くも、ジャン＝アントワーヌ・ノレ（1700～1770）が電気の伝播速度に関する実験を行った。彼は、鉄線で手と手をつないだ200人のカルトゥジオ会修道士を約1.6kmの円状に配置することで、この速度が非常に速いにもかかわらず有限であることを証明できた。^{[ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]} 1749年、ウィリアム・ワトソン卿は、電線内の電気の速度を確かめるために数多くの実験を行った。これらの実験は、おそらく意図したものではないが、電気によって遠くまで信号を送信できる可能性も示した。これらの実験では、信号は絶縁された電線の 12,276 フィートの長さを瞬時に伝わったように見えた。フランスのル・モニエは以前にも、1,319 フィートの長さの鉄線に衝撃を与えるという、やや似た実験を行っていた。^{[ 11 ]} 

1750 年頃、電気療法の最初の実験が行われた。さまざまな実験者が、電気の生理学的および治療的効果を確認するためにテストを行った。この取り組みの典型例は、1744 年にこの主題に関する論文を書いたハレのクラッツェンシュタインである。エジンバラのドゥマンブレイは、植物に対する電気の影響を調べ、2 本のギンバイカの木の成長が電気によって促進されると結論付けた。これらのギンバイカは「1746 年 10 月の 1 か月の間ずっと電気を流され、電気を流されていない同じ種類の他の低木よりも早く枝と花を出した」。^{[ 45 ]}フランスのアベ・メノンは、人間と鳥に継続的に電気を流す効果を試し、被験者が体重減少の実験を行ったことから、電気が排泄を促進することを明らかにした。^{[ 46 ] [ 47 ]}麻痺の場合の電気ショックの有効性は、イングランドのシュルーズベリーの郡立病院でテストされたが、あまり成功しなかった。^{[ 48 ]}

ベンジャミン・フランクリンは、嵐の予報が出ている空で息子に凧を揚げさせるという、非常に危険ではあるものの有名な実験を通して、電気の研究と理論を推進した。凧糸に取り付けられた鍵が火花を散らし、ライデン瓶を帯電させ、こうして雷と電気の関連性が確立された。^{[ 49 ]}これらの実験の後、彼は避雷針を発明した。正と負の電気の慣習を確立したのは、フランクリン（より頻繁に）か、フィラデルフィアのエベネザー・キナーズリー（あまり頻繁には）のどちらかだと考えられている。

この時代、電気の性質に関する理論は非常に曖昧で、主流の理論は多かれ少なかれ矛盾していた。フランクリンは、電気はあらゆるものに遍在する計り知れない流体であり、通常の状態ではすべての物質に均一に分布していると考えていた。彼は、ガラスをこすることで得られる電気現象は、その物質中の電気流体の過剰生成によるものであり、蝋をこすることで生じる現象は、流体の不足によるものだと仮定した。この説明は、 1759年のロバート・シマーのような「二流体説」の支持者によって反対された。この説では、ガラス電気と樹脂電気は計り知れない流体とみなされ、それぞれの流体は互いに反発し合う粒子から構成され、反対の電気を持つ粒子は互いに引き合うと考えられていた。2つの流体が互いの引力によって結合すると、外部の物体に対する影響は相殺される。体をこする行為は体液を分解し、そのうちの1つが体上に過剰に残り、ガラス質または樹脂質の電気として現れる。^{[ 11 ]}

フランクリンの歴史的な凧の実験^{[ 50 ]}が行われるまで、摩擦や静電気発生装置（摩擦電気）によって発生する電気と雷の同一性は一般的には確立されていませんでした。ウォール博士^{[ 51 ]} 、ノレット修道院長、ホークスビー^{[ 52 ]} 、スティーブン・グレイ^{[ 53 ]}、ジョン・ヘンリー・ウィンクラー^{[ 54 ]}は、「電気」と「雷」の現象の類似性を示唆しており、グレイは両者の違いは程度の差にすぎないとほのめかしていました。しかし、これらの現象の同一性を判断するための実験を最初に提案したのは、間違いなくフランクリンでした。1752年10月19日、ロンドンのピーター・コムリンソン宛の手紙の中で、フランクリンは凧の実験に言及し、次のように書いています。

「この鍵で小瓶（ライデン瓶）に電荷を与えることができ、このようにして得られた電気の炎からアルコールを点火することができ、通常、擦りガラス球や管を使って行われる他のすべての電気実験を行うことができ、それによって電気物質と雷の物質の同一性を完全に証明することができる。」^{[ 55 ]}

1742年5月10日、トーマス＝フランソワ・ダリバールは、マルリー（パリ近郊）で、長さ40フィートの垂直な鉄棒を用いて、フランクリンが記録した結果と一致する結果を得ました。これはフランクリンの実験よりやや前のことです。摩擦電気と雷の同一性に関するフランクリンの重要な実証は、18世紀後半にこの分野で多くの実験家が科学の進歩を促進するために行った努力に活気を与えました。^{[ 11 ]}

1751年、フランクリンはライデン瓶からの放電によって縫い針の磁化を実証した。電気と磁気のこの関連性は、1731年にイングランドのヨークシャーで落雷があり、ナイフとフォークの箱が損傷したという報告から彼に示唆された。^{[ 6 ]： 81}その後、ナイフを釘の上に置くと、「ナイフが釘を引き上げた」。^{[ 56 ]}

ヘンリー・エレスは、電気と磁気の関連性を最初に提唱した人物の一人である。1757年に彼は、1755年に王立協会に電気と磁気の関連性について手紙を書いたと主張し、「磁気の力には電気の力と非常によく似たものがある」が、「決して同じとは考えていない」と断言した。1760年には同様に、1750年に「電気火が雷の原因となる可能性について最初に考えた」のは自分だと主張した。^{[ 57 ]}この時期の電気研究と実験の中でより重要なものには、著名なドイツ人学者フランツ・エピヌス（1724-1802）とイギリスのロンドンのヘンリー・キャベンディッシュによるものがある。^{[ 11 ]}

フランツ・エピヌスは、電気と磁気の相互関係についての見解を最初に提唱した人物として知られています。 1759年にサンクトペテルブルクで出版された彼の著書『電気と磁気の理論に関する考察』^{[ 58 ]}の中で、彼はフランクリンの理論を次のように拡張しており、その特徴のいくつかは現代の見解とかなり一致しています。「電気流体の粒子は互いに反発し合い、あらゆる物体の粒子を引き付け、また引き付けられます。その力は距離が増加するにつれて比例して減少します。電気流体は物体の細孔に存在し、非電気（導体）の中を妨げられることなく移動しますが、絶縁体の中では移動が困難です。電気現象は、物体内の流体の不均一な分布、または流体で不均一に帯電した物体の接近によって生じます。」エピヌスは、磁気現象の場合、流体は鉄の粒子にのみ作用するという点を除いて、磁気に関する同様の理論を定式化しました。彼はまた、トルマリンが電気的効果を発揮するには37.5 ℃から100 ℃の間に加熱する必要があることを示す多数の電気実験を行った。実際には、トルマリンは温度が一定のときは帯電しないが、温度が上昇または下降すると電気的特性を示す。このように電気的特性を示す結晶は焦電性と呼ばれ、トルマリンの他に硫酸キニーネや石英などが含まれる。^{[ 11 ]}  

ヘンリー・キャベンディッシュは、アエピヌスの理論にほぼ匹敵する電気の理論を独自に考案した。^{[ 59 ]} 1784年、彼は恐らく初めて電気火花を利用して、純水を生成するのに適切な割合で水素と酸素の爆発を起こした。キャベンディッシュはまた、誘電体（絶縁体）の誘導容量を発見し、早くも1778年には、空気コンデンサーと比較することで蜜蝋やその他の物質の比誘導容量を測定した。

1784 年頃、C.A. クーロンはねじり天秤を考案し、現在クーロンの法則として知られるものを発見しました。それは、2 つの小さな帯電物体間に働く力は、距離の 2 乗に反比例するというもので、電気理論でアエピヌスが想定したように単に距離に反比例するのではなく、距離の 2 乗に反比例するというものです。キャベンディッシュが提唱した理論によれば、「粒子は距離の 3 乗よりも小さいべき乗に反比例して引き合い、また引きつけられる」のです。^{[ 11 ]}クーロンによる逆二乗の法則の発見により、電気の領域の大部分が事実上併合されました。

ウィリアム・ワトソンらの実験によって電気が遠くまで送電できることが証明されたことで、1753年頃から、この現象を実用化するという考えが好奇心旺盛な人々の心を捉え始めた。この目的のために、電気を情報伝達に利用する方法が提案された。この目的のために考案された最初の方法は、おそらく1774年のジョルジュ・ルサージュによるものであった。 ^{[ 60 ] [ 61 ] [ 62 ]}この方法は、互いに絶縁された24本のワイヤーで構成され、それぞれのワイヤーの遠端に髄球が接続されていた。各ワイヤーはアルファベットの文字を表していた。メッセージを送信するには、目的のワイヤーに電気機械から瞬間的に電気を流すと、そのワイヤーに接続された髄球が飛び出す仕組みになっていた。摩擦電気を利用した他の電信方法も試みられ、そのいくつかは電信の歴史で説明されている。^{[ 11 ]}

ガルバニ電気またはボルタ電気の時代は、摩擦電気に重点を置いた歴史からの革命的な転換を意味しました。アレッサンドロ・ボルタは、化学反応を利用して正に帯電した陽極と負に帯電した陰極を生成できることを発見しました。これらの間に導体を接続すると、電位差（電圧とも呼ばれる）によって導体を通して電流が流れます。2点間の電位差は、ボルタの研究を称えてボルト単位で測定されます。 ^{[ 63 ] [ 11 ]}

ボルタ電気について最初に言及したのは、当時はそう認識されていなかったものの、おそらく1767年にヨハン・ゲオルク・ズルツァーであった。彼は舌の下に小さな亜鉛の円盤を置き、その上に小さな銅の円盤を置いたところ、それぞれの金属の縁が触れ合ったときに独特の味を感じた。ズルツァーは、金属が触れ合うと振動し、舌の神経に作用してその効果が生じると考えた。1790年、ボローニャのルイージ・アリシオ・ガルヴァーニ教授は、「動物電気」の実験を行っていた際に、電気機械のそばでカエルの足がぴくぴく動くことに気づいた。彼は、カエルの背骨を貫通する銅のフックで鉄の手すりに吊るされたカエルの筋肉が、電気機械がない状態で、何の外部要因もなく激しく痙攣するのを観察した。^{[ 11 ]}

この現象を説明するために、ガルヴァーニはカエルの神経と筋肉に反対の種類の電気が存在し、筋肉と神経がライデン瓶の帯電したコーティングを構成していると仮定した。ガルヴァーニは発見の結果と仮説を発表し、当時の物理学者の注目を集めた。^{[ 63 ]}その中で最も著名なのはパヴィアの物理学教授ボルタで、ガルヴァーニが観察した結果は銅と鉄の2つの金属が電気モーターとして作用し、カエルの筋肉が導体の役割を果たして回路を完成させた結果であると主張した。これにより、相反する見解の支持者の間で長い議論が巻き起こった。一方のグループは、電流は2つの金属の接触による起電力の結果であるというボルタの意見に同意し、もう一方のグループはガルヴァーニの見解を修正し、電流は金属と堆積物中の酸との間の化学的親和性の結果であると主張した。マイケル・ファラデーは著書『実験的研究』の序文で、金属接触がボルタ電池の電気の一部を生み出すかどうかという問題に関して、「私がこれまで述べてきた見解を変える理由は今のところ見当たりません。…しかし、この点自体が非常に重要なので、機会があればすぐに調査を再開し、可能であれば、どちらの立場についても、誰にとっても否定できない証明を提示するつもりです。」と書いています。^{[ 11 ]}

しかし、ファラデー自身でさえこの論争に決着をつけることができず、その後の調査や発見によって、この問題の両陣営の支持者の見解は修正されてきたものの、1918年までこれらの点に関する意見の相違は依然として現れ続けていた。ボルタは自身の理論を支持するために数多くの実験を行い、最終的に電池または電池を開発した^{[ 64 ]。}これはその後のすべての化学電池の先駆けであり、長時間の連続電流を得る最初の手段であるという際立った利点を持っていた。ボルタは自身の電池の説明をロンドン王立協会に伝え、その後まもなくニコルソンとキャベンディッシュ（1780）はボルタの電池を起電力源として用いて、電流による水の分解を実現した^{[ 11 ] 。}

1800年、アレッサンドロ・ボルタは、後に電気電池として知られるようになる、大電流を発生させる最初の装置を製作した。彼の業績を知ったナポレオンは、1801年に彼を召喚し、実験の実演を命じた。彼はレジオンドヌール勲章をはじめとする数々の勲章や賞を授与された。

1806年、デービーは約250個の電池（または電池対）からなるボルタ電池を用いて、炭酸カリウムと炭酸ナトリウムを分解し、これらの物質がそれぞれカリウムとナトリウムの酸化物であることを示しました。これらはそれまで知られていなかった金属です。これらの実験は電気化学の始まりであり、ファラデーが電気化学の研究に取り組み、1833年に電気化学当量に関する重要な法則を発表しました。すなわち、「同じ量の電気、つまり同じ電流は、通過するすべての物体を化学的に等量分解する。したがって、これらの電解質中で分離された元素の重量は、互いに化学的に等価である。」1809年、ハンフリー・デービーは2,000個のボルタ電池を用いて、真空中に封入した木炭で電気アーク灯を初めて公開しました。^{[ 11 ]}

やや重要な点として、動物電気と摩擦電気がボルタ電気と同じであることが明確に認識され、実証されたのは、ボルタ電池の発見から何年も後のことであった。そのため、1833年1月になってようやく、ファラデーは電気光線の電気に関する論文^{[ 65 ]}の中で、次のように書いているのが見られる。 「ウォルシュ^{[ 66 ] [ 67 ]} 、インゲンホウス、ヘンリー・キャベンディッシュ、サー・H・デービー、そしてデービー博士の実験を検討した結果、魚雷の電気が一般的な（摩擦）電気やボルタ電気と同一であることについて、私の心にはもはや何の疑いも残っていません。そして、他の人々の心にも、その同一性の哲学的証明に長々と立ち入ることを控えるに値するほどの疑いは残っていないと推測します。サー・ハンフリー・デービーが提起した疑問は、彼の弟であるデービー博士によって解消されました。後者の結果は前者の結果とは逆でした。…この一連の事実（さまざまな名前の電気の性質の類似性を示す表）から導き出されるべき一般的な結論は、電気は、その発生源が何であれ、その性質において同一であるということです。」^{[ 11 ]}

しかしながら、ファラデーの時代以前にも、異なる発生源から得られる電気の類似性は、疑われていた以上に認識されていたことを述べておくべきである。例えば、ウィリアム・ハイド・ウォラストン[ ^{68 ]}は1801年に次のように書いている^{[ 69 ]}。「^電気とガルバニズム（ボルタ電気）の両方が励起される手段の類似性、そしてそれらの効果の間に見られる類似性は、両者が本質的に同じであることを示しており、後者の効果に見られるすべての違いは、その強度が弱いが、はるかに大量に生成されることに起因するという、すでに他の人々によって提唱されている見解を裏付けている。」同じ論文の中で、ウォラストンは、硫酸銅溶液に非常に細いワイヤーを使用し、そこに電気機械からの電流を流すという実験について述べている。これは、後に無線または電波電信の電解受信機でほぼ同じように配置された細いワイヤーが使用されることと関連して興味深い。^{[ 11 ]}

19世紀前半には、電気と磁気に関する世界の知識に非常に重要な追加が数多くなされました。例えば、1820年にコペンハーゲンのハンス・クリスチャン・エルステッドは、ワイヤーを流れる電流が吊り下げられた磁針を偏向させる効果を発見しました。^{[ 11 ]}

この発見は、後に証明された電気と磁気の密接な関係の手がかりとなり、数ヶ月後の1820年9月にアンペールがすぐにそれに続き、新しい理論の最初の要素を発表しました。彼はその後数年間でこの理論を発展させ、1827年に「経験から独自に導き出された電気力学的現象の数学的理論に関する覚書」を出版し、電磁効果によってある電流が別の電流に及ぼす力に関する彼の有名な電気力学理論を発表しました。^{[ 11 ]}

1. 回路の2つの並列部分は、電流が同じ方向に流れている場合は互いに引き合い、電流が逆方向に流れている場合は互いに反発し合う。
2. 斜めに交差する2つの回路部分は、両方の電流が交差点に向かって流れるか、または交差点から流れ出る場合は互いに引き合い、一方が交差点に向かって流れ、もう一方が交差点から流れ出る場合は互いに反発し合う。
3. 回路のある要素が別の回路の要素に力を及ぼす場合、その力は常に、後者の要素を自身の方向と直角の方向に押し出す傾向がある。

アンペールは、電流を支える導体と磁石の間の機械的な力の研究によって、数多くの現象を理論化しました。ジェームズ・クラーク・マクスウェルは、著書『電気と磁気に関する論考』の中で、アンペールを「電気のニュートン」と称しました。^{[ 70 ]}

ドイツの物理学者ゼーベックは1821年に、はんだ付けされた2つの金属の接合部に熱を加えると電流が発生することを発見した。これは熱電効果と呼ばれる。ゼーベックの装置は、両端を曲げてビスマス板にはんだ付けした銅の帯で構成されている。磁針は銅の帯と平行に配置されている。銅とビスマスの接合部にランプの熱を加えると電流が発生し、磁針が偏向する。^{[ 11 ]}

この頃、シメオン・ドニ・ポアソンは誘導磁化という難題に取り組み、その成果は表現こそ異なるものの、最も重要な第一近似として、今なお理論の基盤となっている。彼が科学に貢献したのは、数学を物理学に応用した分野においてであった。おそらく最も独創的で、そして間違いなく最も永続的な影響を与えたのは、電気と磁気の理論に関する彼の論文集であり、これは事実上、数理物理学の新たな分野を創り出したと言えるだろう。

ジョージ・グリーンは1828年に『電気と磁気の理論への数学的解析の応用に関するエッセイ』を著した。このエッセイでは、現代のグリーンの定理に類似した定理、現在物理学で用いられているポテンシャル関数の概念、そして現在グリーン関数と呼ばれる概念など、いくつかの重要な概念が紹介された。ジョージ・グリーンは電気と磁気の数学的理論を初めて構築した人物であり、彼の理論はジェームズ・クラーク・マクスウェル、ウィリアム・トムソンをはじめとする他の科学者たちの研究の基礎となった。

1834年、ペルティエは熱電効果とは逆の効果を発見しました。すなわち、異なる金属のペアに電流を流すと、電流の方向に応じて金属の接合部の温度が下がったり上がったりするということです。これはペルティエ効果と呼ばれています。温度変化は、導体の通常の抵抗による熱の場合のように電流の強さの二乗ではなく、電流の強さに比例することがわかっています。この第二法則は、1841年にイギリスの物理学者ジュールによって実験的に発見されたI²R法則です^。言い換えれば、この重要な法則は、電気回路のどの部分で発生する熱も、その部分の抵抗Rと回路を流れる電流Iの強さの二乗の積に正比例するというものです。^{[ 11 ]}

1822年、ヨハン・シュヴァイガーは最初の検流計を考案した。この装置はその後、ヴィルヘルム・ウェーバーによって大幅に改良された（1833年）。1825年、イギリスのウーリッジのウィリアム・スタージョンは、蹄鉄型および直線型電磁石を発明し、芸術協会の銀メダルを受賞した。^{[ 71 ]} 1837年、カール・フリードリヒ・ガウスとウェーバー（いずれもこの時代の著名な研究者）は共同で電信用の反射検流計を発明した。これは、トムソン反射検流計や、かつて潜水艦の信号に使用され、現在でも電気計測に広く使用されている他の非常に高感度な検流計の先駆けとなった。 1824年、アラゴは、銅の円盤をその平面内で回転させ、円盤上の支点に磁針を自由に吊り下げると、針が円盤と一緒に回転するという重要な発見をした。一方、針が固定されている場合は、円盤の動きを遅らせる傾向がある。この効果はアラゴの回転と呼ばれた。^{[ 11 ] [ 72 ] [ 73 ]}

チャールズ・バベッジ、ピーター・バーロウ、ジョン・ハーシェルらは、この現象を説明しようと試みたが、無駄に終わった。真の説明はファラデーに委ねられており、すなわち、針の磁力線が切断されることで銅の円盤に電流が誘導され、その電流が今度は針に反作用するというものである。 ゲオルク・ジーモン・オームは1825年と1826年に抵抗に関する研究を行い、1827年に『ガルバニッシュ・ケッテ、数学的解説』という本としてその成果を発表した。^{[ 74 ] [ 75 ]}彼は、自身の研究の理論的説明において、フーリエの熱伝導に関する研究から大きなインスピレーションを得た。実験では、当初はボルタ電池を使用していたが、後に熱電対を使用するようになった。これは、内部抵抗と一定の電位差という点で、より安定した電圧源を提供したからである。彼は検流計を使用して電流を測定し、熱電対の端子間の電圧が接合部の温度に比例することを知っていた。彼は次に、長さ、直径、材質の異なるテスト用ワイヤーを追加して回路を完成させた。その結果、検流計の読み値、テスト用導体の長さ、熱電対の接合部温度、および装置全体の定数からなる変数を含む単純な方程式でデータをモデル化できることがわかった。このことから、オームは比例の法則を導き出し、その結果を発表した。1827年、彼は現在では彼の名にちなんで名付けられた有名な法則を発表した。それは次の通りである。

オームは、それまでの電気学者たちが漠然とした定性的な説明でしかまとめられなかった、導体における起電力と電流を結びつける数々の不可解な事実を体系的に整理した。オームは、これらの結果を非常に単純な法則に集約できることを発見し、彼の発見によって電気の領域の大部分が理論に組み込まれることになった。

電磁誘導の発見は、1831年に最初に発見したマイケル・ファラデーと、 1832年に発見したジョセフ・ヘンリーによって、ほぼ同時期に独立して行われた。^{[ 77 ] [ 78 ]}ヘンリーの自己誘導の発見と銅コイルを使用した螺旋導体に関する研究は、ファラデーのそれより直前の1835年に公表された。^{[ 79 ] [ 80 ] [ 81 ]}

1831年、ロンドンの王立研究所の所長でハンフリー・デービーの有名な弟子であり後継者であるマイケル・ファラデーによる、電気誘導と電磁誘導に関する画期的な研究が始まった。実験家の王子であるファラデーの静電気学と電気力学、および電流誘導に関する注目すべき研究。これらの研究は、粗雑な実験状態から、真の本質を表現するコンパクトなシステムへと発展するのにかなり時間がかかった。ファラデーは有能な数学者ではなかったが、^{[ 82 ] [ 83 ] [ 84 ]}もし彼が数学者であったなら、彼の研究は大いに助けられ、多くの無駄な推測を避け、後の多くの研究を先取りできたであろう。例えば、彼はアンペールの理論を知っていたので、自身の結果から容易にノイマンの理論、そしてヘルムホルツとトムソンの関連する研究へと導かれたであろう。ファラデーの研究は1831年から1855年まで続き、彼の実験、推論、推測の詳細な記述は、彼がまとめた論文集『電気に関する実験的研究』に見られる。ファラデーは職業的には化学者であった。彼は一般的な意味での数学者では全くなく、実際、彼の著作すべてに数学的な公式が一つでもあるかどうかは疑問である。^{[ 11 ]}

ファラデーが電磁誘導を発見するきっかけとなった実験は、次のように行われた。彼は、現在も当時も誘導コイルと呼ばれていた装置を製作した。その一次線と二次線は、木製のボビンに並べて巻かれ、互いに絶縁されていた。一次線の回路には、約100個の電池が入ったバッテリーを設置した。二次線には検流計を挿入した。最初の実験では、検流計は静止したままで、結果は得られなかったが、線の長さを長くしていくと、一次線の回路を接続・切断したときに、二次線の検流計が振れることに気づいた。これが、電磁誘導による起電力の発生が初めて観測された事例である。^{[ 11 ]}

彼はまた、最初の導線の電流の強さが変化すると、2番目の閉回路に誘導電流が発生し、二次回路の電流の方向は最初の回路の電流の方向と逆になることも発見した。また、電流が流れる別の回路が最初の回路に出し入れされると二次回路に電流が誘導され、磁石が閉回路に近づいたり遠ざかったりすると、後者に瞬間的な電流が誘導されることも発見した。要するに、ファラデーは数ヶ月の間に、電磁誘導と磁気電気誘導に関する現在知られているほぼすべての法則と事実を実験によって発見した。これらの発見は、ほとんど例外なく、電話、ダイナモ、そしてダイナモ電気機械に付随する、電気照明、電気牽引、動力用電動機の運転、電気めっき、電気鋳型などを含む、世界のほぼすべての巨大な電気産業の動作に依存している。^{[ 11 ]}

ファラデーは、磁石の極の近くにある厚紙やガラスの上に鉄粉が独特な方法で配列する様子を研究する中で、磁石の極から極へと伸びる磁力線という概念を思いつき、鉄粉はその磁力線に沿って配置される傾向があると考えました。電線に電流が流れると磁気効果が伴うことが発見されると、同様の磁力線が電線の周りを渦巻いているとも考えられました。便宜上、誘導電気を説明するために、これらの磁力線が電線を通過する際に「切断」されるとき、または磁力線が上昇と下降で電線を切断するときに電流が発生する、より正確には、閉回路に電流を発生させる起電力が電線に発生すると仮定されました。ファラデーは、電気は摩擦された物体の分子または物体を取り巻くエーテルの特殊な状態の現れであると仮定する、いわゆる電気の分子理論^{[ 85 ]}を提唱しました。ファラデーはまた、実験によって常磁性と反磁性を発見した。すなわち、すべての固体と液体は磁石に引きつけられるか反発されるかのどちらかである。例えば、鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロムなどは常磁性（磁気に引きつけられる）であり、ビスマス、リン、アンチモン、亜鉛などの他の物質は磁気に反発されるか反磁性である。^{[ 11 ] [ 86 ]}

1778年にライデンのブルガンス、1827年にル・バイイフとベクレル^{[ 87 ]}は、それ以前にビスマスとアンチモンの反磁性を発見していた。ファラデーは1837年に比誘導容量を^再発見したが、キャベンディッシュの実験結果はその時点では公表されていなかった。彼はまた、^{ケーブルの}絶縁体の誘導効果、つまりケーブルの静的容量により、長い海底ケーブル上の信号が遅延することを予測した[88]。^{[ 11 ]} 1816年には電信の先駆者であるフランシス・ロナルズも、埋設電信線で信号遅延を観察し、それを誘導によるものとした^{[ 89 ] [ 90 ] 。}

ファラデーが電磁誘導を発見した直後の25年間は、誘導電流と磁気に関する法則と事実の普及において実り多い時期であった。1834年、ハインリヒ・レンツとモーリッツ・フォン・ヤコビは、コイルに誘導される電流はコイルの巻数に比例するという、現在ではよく知られている事実をそれぞれ独立して証明した。レンツはまた、電磁誘導のあらゆる場合において、誘導電流は、その電流を生み出す運動を止めるような方向を持つという重要な法則を発表した。この法則は、おそらくファラデーによるアラゴの回転の説明から導き出されたものと思われる。^{[ 11 ] [ 91 ]}

誘導コイルは、1836 年にニコラス・カランによって初めて設計されました。1845 年に、アメリカの物理学者ジョセフ・ヘンリーは、高次の誘導電流に関する貴重で興味深い実験の報告を発表し、誘導コイルの二次側から第 2 巻コイルの一次側へ、そこからその二次線へ、そして同様に第 3 巻コイルの一次側へと電流を誘導できることを示しました。^{[ 92 ]}ハインリヒ・ダニエル・ルムコルフは誘導コイルをさらに発展させ、ルムコルフコイルは1851 年に特許を取得しました。^{[ 93 ]}彼は銅線の長い巻線を使用して、長さ約 2 インチ (50  mm) の火花を実現しました。 1857年、アメリカの発明家エドワード・サミュエル・リッチーが作った大幅に改良されたバージョンを検証した後、^{[ 94 ] [ 95 ]}ルムコルフは（他のエンジニアと同様に）ガラス絶縁体やその他の革新技術を使用して、300ミリメートル（12インチ）を超える長さの火花を発生させることができるように設計を改良した。^{[ 96 ]} 

19世紀半ばまで、実際には1870年頃まで、電気科学は、電気技術者の大多数にとって、いわば封印された書物であったと言えるでしょう。それ以前にも、電気と磁気に関するハンドブックがいくつか出版されていました。特に、オーギュスト・ド・ラ・リーヴの包括的な『電気論』^{[ 98 ]}（1851年フランス語版、1853年英語版）、アウグスト・ベールの『静電気学、磁気学、電気力学入門』 [ ^{99 ] 、}ヴィーデマンの『ガルバニズム』、ライスの『電気電気』 ^{[ 100 ]}などが挙げられます。しかし、これらの著作は主に電気と磁気に関する実験の詳細で構成されており、これらの現象の法則や事実についてはほとんど触れられていませんでした。ヘンリー・ダブリア^{[ 101 ] [ 102 ]}は誘導電流の法則に関するいくつかの研究結果を発表したが、調査の複雑さのため、あまり注目すべき成果は得られなかった。^{[ 103 ]} 19世紀半ば頃には、フリーミング・ジェンキンの電気と磁気に関する研究^{[ 104 ]}とクラーク・マクスウェルの『電気と磁気に関する論文』が出版された。^{[ 11 ]}

これらの本は、従来のやり方から逸脱したものでした。ジェンキンが著書の序文で述べているように、学校で教えられる科学は、実際の電気技師のそれとはあまりにもかけ離れていたため、学生に十分な、あるいはほぼ十分な教科書を与えることは全く不可能でした。彼は、学生がド・ラ・リーヴの大きくて貴重な論文をマスターしたとしても、まるで未知の国にいて、実務家たちの中で未知の言語を聞いているような気分になるかもしれないと述べています。別の著者が述べているように、ジェンキンとマックスウェルの本が登場したことで、電気工学を学ぶ学生のあらゆる障害が取り除かれました。「オームの法則の完全な意味が明らかになり、起電力、電位差、抵抗、電流、容量、磁力線、磁化、化学親和力は測定可能であり、それらについて推論することができ、動力学の計算と同じくらい確実に計算できるようになりました」。^{[ 11 ] [ 105 ]}

1850 年頃、キルヒホフは分岐回路または分割回路に関する法則を発表した。彼はまた、当時主流であった電気力学理論によれば、電気は完全導線に沿って光速で伝わることを数学的に示した。ヘルムホルツは電流の強さに対する誘導の影響を数学的に調査し、そこから方程式を導き出した。この方程式は実験によって確認され、回路の特定の条件下での自己誘導の遅延効果など、他の重要な点を示した。^{[ 11 ] [ 106 ]}

1853年、サー・ウィリアム・トムソン（後のケルビン卿）は、数学的計算の結果、コンデンサ回路の放電の振動的性質を予測した。しかし、1842年の実験の結果、ライデン瓶放電の振動的性質を識別した功績はヘンリーに帰せられる。彼は次のように書いている。^{[ 107 ]}この現象は、一方向への主放電の存在を認め、その後、平衡状態に達するまで、それぞれ前のものより弱い、前後へのいくつかの反射作用を認める必要がある。これらの振動は、その後、 BWフェダーセン（1857年）^{[ 108 ] [ 109 ]}によって観察され、彼は回転凹面鏡を使用して電気火花の像を感光板に投影し、それによって放電の交互の性質を明確に示す火花の写真を得た。サー・ウィリアム・トムソンはまた、熱の電気対流（「トムソン」効果）の発見者でもあった。彼は精密な電気計測のために象限電位計と絶対電位計を設計した。海底ケーブル信号に用いられる反射検流計とサイフォン記録計も彼の発明である。^{[ 11 ]}

1876年頃、ボルチモアのアメリカ人物理学者ヘンリー・オーガスタス・ローランドは、静電荷が電流と同じ磁気効果を生み出すという重要な事実を実証した。^{[ 110 ] [ 111 ]}この発見の重要性は、磁気は静電荷を持つ分子列の方向性のある運動の結果であるという、もっともらしい磁気理論を提供する可能性がある点にある。^{[ 11 ]}

ファラデーが、導線を磁石の磁力線と交差させることで電流を発生させることができると発見した後、この事実を利用してボルタ電流を発生させる機械を製作しようとする試みが行われることは予想された。^{[ 112 ]}この種の最初の機械は、1832年にイポリット・ピクシーによって作られた。それは、2つの鉄線ボビンで構成され、その反対側に蹄鉄型磁石の極が回転するようにした。これにより導線のコイルに交流電流が発生するため、ピクシーはコイルまたは電機子の交流電流を外部回路の直流電流に変換する整流装置（整流子）を配置した。この機械に続いて、エドワード・サミュエル・リッチー、ジョセフ・サクストン、エドワード・M・クラーク（1834年）、エミール・ストーラー（1843年）、フロリス・ノレット（ 1849年）、シェパード（1856年）、ファン・マルデルン、ヴェルナー・フォン・ジーメンス、ヘンリー・ワイルドらによる改良型の磁気電気機械が開発された。^{[ 11 ]}

ダイナモの構造技術における注目すべき進歩は、1866年にサミュエル・アルフレッド・ヴァーリー^{[ 113 ]}とシーメンスおよびチャールズ・ホイートストン^{[ 114 ]}によって達成されました。彼らは独立して、ダイナモ機のコイルまたは電機子が電磁石の極間（または「磁場」内）で回転すると、電磁石の鉄の残留磁気によりコイルに微弱な電流が発生し、電機子の回路が電磁石の回路に接続されると、電機子に発生する微弱な電流によって磁場の磁力が増加することを見出しました。これにより、電機子が回転する磁力線がさらに増加し​​、電磁石の電流がさらに増加し​​、それによって磁場の磁力が相応に増加し、機械が発生できる最大の起電力に達するまで、このプロセスが繰り返されます。この原理により、ダイナモ機は独自の磁場を発生させ、それによって効率と経済的な運転が大幅に向上する。しかし、ダイナモ電気機械は、前述の時点では決して完成されたわけではなかった。^{[ 11 ]}

1860年、ピサのアントニオ・パチノッティ博士がリングアーマチュアを備えた最初の電気機械を考案し、重要な改良が加えられました。この機械は当初は電動機として使用されましたが、その後発電機としても使用されました。ダイナモ電気機械の可逆性の原理の発見（ワレン1860年、パチノッティ1864年、フォンテーヌ、グラム1873年、デプレ1881年など様々な人物に帰属）により、電動機としても発電機としても使用できるようになったことは、19世紀の最も偉大な発見の1つと呼ばれています。^{[ 11 ]}

1872年にヘフナー＝アルテネックによってドラム型電機子が考案された。この機械は改良された形で、後にシーメンスダイナモとして知られるようになった。これらの機械に続いて、シュッカート、グルヒャー^{[ 115 ]}、ファイン^{[ 116 ] [ 117 ] [ 118 ]} 、ブラッシュ、ホッホハウゼン、エジソン、その他多数の発明家によるダイナモが開発された^{[ 119 ]} 。ダイナモ機械の製造初期には、機械は主に直流発電機として構成されており、当時おそらくそのような機械の最も重要な用途は電気めっきであり、そのために低電圧で大電流の機械が使用された^{[ 11 ] [ 120 ] 。}

1887年頃から交流発電機が広く運用されるようになり、低電圧・高電流を高電圧・低電流に変換し、またその逆も行う変圧器の商業的発展により、長距離送電は革命的に変化しました。同様に、交流を直流に変換し（またその逆も行う）、回転コンバータ（「降圧」変圧器と併用）を導入したことで、電力系統の運用において大きな経済効果が得られました。^{[ 11 ] [ 121 ]}

ダイナモ電気機械が導入される以前は、ボルタ電池（一次電池）が電気めっきや電信に広く用いられていました。ボルタ電池には、「開放型」と「閉鎖型」（または「定電流型」）の2種類があります。簡単に言うと、開放型とは閉回路で動作させた後、短時間で分極するタイプの電池です。つまり、電池内でガスが発生し、負極板に付着して抵抗を生み出し、電流を減少させます。短時間の開放回路の後、これらのガスは除去または吸収され、電池は再び動作可能になります。閉鎖型電池とは、電池内のガスが放出されるのとほぼ同時に吸収されるため、電池の出力がほぼ一定になるタイプの電池です。ルクランシェ電池とダニエル電池は、それぞれ「開放型」と「閉鎖型」のボルタ電池の代表的な例です。ダイナモが利用可能になる以前は、米国とカナダでは電信の起電力源としてダニエル型または「重力型」の電池がほぼ一般的に使用されていた。^{[ 11 ]}

19 世紀後半には、光を運ぶエーテルを意味する「発光エーテル」という用語が、光の伝播のための媒体として推測されていました。^{[ 122 ]}エーテル という言葉は、ラテン語を経てギリシャ語のαιθήρに由来し、その語根は「燃える」「燃える」「輝く」という意味です。これは、古代において雲の向こう側の宇宙の上層部を満たしていると考えられていた物質を意味します。

1864年、エジンバラのジェームズ・クラーク・マクスウェルは、おそらく電気に関する世界の知識における最大の進歩であった光の電磁理論を発表しました。^{[ 123 ]} マクスウェルは、1855/6年にケンブリッジ哲学協会で「ファラデーの力線について」^{[ 124 ]}が朗読されたとき、電気と磁気の分野を研究し、コメントしていました。この論文は、ファラデーの研究の簡略化されたモデルと、2つの現象がどのように関連しているかを示しました。彼は、現在のすべての知識を、20個の変数を持つ20個の方程式からなる一連の微分方程式に還元しました。この研究は後に、 1861年3月に「物理的な力線について」として出版されました。 ^{[ 125 ]}機械のどの部分に作用する力を決定するには、その運動量を見つけ、次にこの運動量が変化する速度を計算する必要があります。この変化率が力を与えます。必要な計算方法は、最初にラグランジュによって与えられ、その後、ハミルトンの方程式によって若干の修正を加えて発展しました。これは通常ハミルトンの原理と呼ばれ、元の形式の方程式が使用される場合はラグランジュの方程式として知られています。さて、マクスウェルは、これらの計算方法が電磁場にどのように適用できるかを論理的に示しました。^{[ 126 ]}動的システムのエネルギーは、部分的に運動エネルギー、部分的に位置エネルギーです。マクスウェルは、場の磁気エネルギーは運動エネルギーであり、電気エネルギーは位置エネルギーであると仮定しています。^{[ 127 ]}

1862年頃、キングス・カレッジで講義をしていたマクスウェルは、電磁場の伝播速度が光速とほぼ等しいと計算した。彼はこれを単なる偶然以上のものと考え、「光は電気現象や磁気現象の原因となる媒質の横方向の波動から成り立っているという結論を避けることはほとんど不可能である」とコメントした。^{[ 128 ]}

この問題をさらに掘り下げて、マクスウェルは、方程式が、単純な電気実験から予測できる速度で真空空間を伝わる振動する電場と磁場の波の存在を予測することを示した。当時入手可能なデータを使用して、マクスウェルは 310,740,000 m/sの速度を得た。1864 年の論文「電磁場の動力学的理論」の中で、マクスウェルは次のように書いている。「結果の一致は、光と磁気が同じ物質の作用であり、光は電磁法則に従って場を伝わる電磁擾乱であることを示しているようだ。^{」[ 129 ]}

既に述べたように、ファラデー、そして彼以前のアンペールらは、空間の光を伝えるエーテルが電気作用の媒体でもあることを予感していた。計算と実験により、電気の速度は約 186,000 マイル毎秒であることが知られており、これは光速に等しく、それ自体が電気と「光」の関係を示唆している。19 世紀の初期の哲学者や数学者（マックスウェルがそう呼ぶ）の多くは、電磁現象は遠隔作用によって説明できるという見解を持っていた。マックスウェルはファラデーに倣い、現象の源は媒体にあると主張した。数学者たちが結果にたどり着く方法は総合的であったのに対し、ファラデーの方法は分析的であった。ファラデーは心の中で空間全体を横断する力の線を見たが、数学者たちは遠くで引き合う力の中心を見た。ファラデーは現象の源を媒体で実際に起こっている作用の中に求めた。彼らは、電気流体に対する遠隔作用力の中にそれを見出したことに満足した。^{[ 130 ]}

マクスウェルが指摘するように、これら二つの方法はいずれも光の伝播を電磁現象として説明することに成功したが、同時に、関係する量に関する根本的な概念は根本的に異なっていた。数学者たちは、絶縁体は電流に対する障壁であると仮定した。例えば、ライデン瓶や電気コンデンサーでは、一方の電極板に電気が蓄積され、遠隔の何らかの隠れた作用によって反対の種類の電気がもう一方の電極板に引き寄せられると考えていた。

マクスウェルはファラデーよりもさらに深く考察し、光が電磁現象であり、ガラスなどの誘電体を透過するならば、その現象は誘電体中の電磁電流の性質を持つに違いないと推論した。したがって、例えばコンデンサーの充電において、その作用は絶縁体で止まるのではなく、絶縁媒体中に何らかの「変位」電流が発生し、媒体の抵抗力が充電力と等しくなるまでその電流が流れ続けると主張した。閉回路においては、電流もまた電気の変位である。

導体は、電気の移動に対して摩擦に似た一定の抵抗を示し、電流の二乗に比例した熱が導体内で発生します（既に述べたとおり）。この電流は、推進する電気力が継続する限り流れ続けます。この抵抗は、船が水中を移動する際に受ける抵抗に例えることができます。誘電体の抵抗は性質が異なり、多数のバネの圧縮に例えられます。バネは圧縮されると、背圧が増加し、最終的に全体の背圧が初期圧力と等しくなります。初期圧力が取り除かれると、「バネ」を圧縮するために消費されたエネルギーが回路に戻され、同時にバネが元の状態に戻り、反対方向の反作用が生じます。したがって、導体における電気の移動による電流は連続的であるのに対し、誘電体における移動電流は瞬間的であり、容量やインダクタンス反応に比べて抵抗が小さい回路や媒体では、放電電流は振動的または交流的な性質を持ちます。^{[ 131 ]}

マクスウェルは、誘電体中の変位電流に関するこの見解を、自由空間のエーテルにまで拡張した。光をエーテル中の電流の変化の現れとみなし、光振動の速度で振動すると仮定すると、これらの振動は誘導によってエーテルの隣接部分に同様の振動を引き起こし、このようにして光に対応する波動がエーテル中の電磁効果として伝播する。マクスウェルの光の電磁理論は明らかに自由空間における電気波の存在を前提としており、彼の追随者たちはこの理論の真実性を実験的に証明するという課題に取り組んだ。1871年までに、マクスウェルはすでに科学哲学について考察することができた。^{[ 132 ] [ 133 ]： 214}

1887年、ドイツの物理学者ハインリヒ・ヘルツは一連の実験で電磁波の実際の存在を証明し、マックスウェルとファラデーが予測したように、横方向の自由空間電磁波が一定の距離を伝わることを示した。ヘルツは、その研究成果を『電気波：空間を有限速度で伝わる電気作用の研究』というタイトルの本にまとめた。^{[ 134 ]}空間における電磁波の発見は、19世紀末のラジオの開発につながった。

電気化学における電荷の単位としての電子は、1874 年に G. Johnstone Stoney によって提唱され、彼はまた1894 年に電子という用語を造語しました。 ^{[ 135 ]}プラズマは、1879 年にサー William Crookesによって初めてクルックス管で確認され、そのように記述されました(彼はそれを「放射性物質」と呼びました)。^{[ 136 ]}サー William Crookes によるクルックス管の美しい現象、すなわち陰極線^{[ 137 ]}の発見、そして後にレントゲン線またはX 線の発見に至るまでの電気の役割は見過ごしてはなりません。なぜなら、管の励起源としての電気がなければ、これらの線の発見は無期限に延期されていた可能性があるからです。ここで、ウィリアム・ギルバート博士が電気科学の創始者と呼ばれていることが指摘されています。しかし、これは比較表現として捉える必要があります。^{[ 11 ]}

オリバー・ヘヴィサイドは独学の学者であり、マクスウェルの場の方程式を電気力、磁力、エネルギー流束の観点から再定式化し、独自にベクトル解析を共同で定式化した。

1890年代後半、導体、電解質、陰極線管における電気伝導の研究で観察された電気は、さまざまな名前が付けられた離散的な単位から構成されていると多くの物理学者が提唱したが、これらの単位の実在は説得力のある方法で確認されていなかった。しかし、陰極線が波動的な性質を持っているという兆候もあった。^{[ 11 ]}

ファラデー、ウェーバー、ヘルムホルツ、クリフォードらはこの見解を垣間見ており、ゼーマン、ゴールドスタイン、クルックス、JJトムソンらの実験的研究はこの見解を大きく強化した。ウェーバーは、電気現象は電気原子の存在によるものであり、それらの相互の影響はそれらの位置と相対的な加速度と速度に依存すると予測した。ヘルムホルツらは、電気原子の存在はファラデーの電気分解の法則から導かれると主張し、「電子」という用語の由来となったジョンストン・ストーニーは、分解された電解質の各化学イオンが一定量の電気を運び、これらの荷電イオンが中性物質として電極上に分離される限り、電荷が電気原子として別々に存在できる瞬間が、たとえ短時間であっても必ずあることを示した。 1887年にクリフォードは次のように書いた。「すべての物質原子は、それが完全に電流で構成されているわけではないとしても、小さな電流を運んでいると信じるに足る十分な理由がある。」^{[ 11 ]}

1896年、JJトムソンは陰極線が実際に粒子であることを示す実験を行い、その電荷対質量比e/mの正確な値を見つけ、e/mが陰極材料に依存しないことを発見した。彼は電荷eと質量mの両方について良い推定を行い、彼が「微粒子」と呼んだ陰極線粒子は、既知の最も質量の小さいイオン（水素）の質量の約1000分の1の質量を持つことを発見した。彼はさらに、放射性物質、加熱された物質、および照射された物質によって生成される負に帯電した粒子は普遍的であることを示した。クルックス管の「陰極線」物質の性質は、1897年にトムソンによって特定された。^{[ 138 ]}

19 世紀後半、アルバート A. マイケルソンとエドワード W. モーリーは、現在のケース ウェスタン リザーブ大学でマイケルソン・モーリー実験を行った。これは一般的に、光を伝えるエーテルの理論に反する証拠と考えられている。この実験は「第二次科学革命の理論的側面の出発点」とも呼ばれている。^{[ 139 ]}マイケルソンは主にこの研究で1907 年にノーベル賞を受賞した。デイトン ミラーは実験を続け、何千もの測定を行い、最終的に当時世界で最も正確な干渉計を開発した。ミラーやモーリーなどの人々は、概念に関する観測と実験を続けた。^{[ 140 ]}エーテル引きずり理論のさまざまな提案が、この否定的な結果を説明できるかもしれないが、これらはより複雑で、恣意的に見える係数や物理的仮定を使用する傾向があった。^{[ 11 ]}

19世紀末までに、電気技師は物理学者や発明家とは別の、独立した専門職として確立された。彼らは送電技術の研究、開発、改良を行う企業を設立し、世界初の電気通信ネットワークである電信網の構築に向けて、世界中の政府から支援を得た。この分野の先駆者には、1847年にシーメンスAGを設立したヴェルナー・フォン・シーメンスや、ケーブル・アンド・ワイヤレス社を設立したジョン・ペンダーなどが挙げられる。

ウィリアム・スタンレーは、1886年に交流の商用供給を可能にする変圧器の最初の公開デモンストレーションを行った。 ^{[ 141 ]} 1882年には、イギリスの電気技師JEHゴードンが大型の2相交流発電機を製作した。^{[ 142 ]}ケルビン卿とセバスチャン・フェランティも初期の交流発電機を開発し、100～300ヘルツの周波数を生成した。1891年以降、複数の異なる位相の電流を供給するために多相交流発電機が導入された。^{[ 143 ]}後期の交流発電機は、アーク灯、白熱灯、電動機で使用するために、16～約100ヘルツの可変交流周波数用に設計された。^{[ 144 ]}

ダイナモ電気機械によって大量の電流を経済的に得られる可能性が、白熱灯とアーク灯の開発を後押しした。これらの機械が商業的に普及するまでは、ボルタ電池が電気照明と電力のための唯一の利用可能な電流源であった。しかし、これらの電池のコストと、それらを確実に動作させることの難しさから、実用的な照明用途での使用は不可能であった。アーク灯と白熱灯の使用開始時期は、およそ1877年頃とされている。 ^{[ 11 ]}

しかし、1880年になっても、これらの照明器具の一般的な使用に向けてはほとんど進展が見られず、その後のこの産業の急速な成長は周知の事実である。^{[ 145 ]}当初は二次電池または蓄電池と呼ばれていた蓄電池の使用は、1879年頃に始まった。このような電池は現在、発電所や変電所のダイナモの補助として、電気自動車、自動車の点火および始動システムに大量に、また火災警報電信やその他の信号システムにも大規模に利用されている。^{[ 11 ]}

1893年にシカゴで開催された世界コロンビア国際博覧会で、ゼネラル・エレクトリック社は博覧会全体に直流電力を供給することを提案した。ウェスティングハウス社はGEの提案をわずかに下回り、博覧会を利用して交流ベースのシステムを初披露し、自社のシステムが多相モーターや博覧会の他のすべての交流および直流展示に電力を供給できることを示した。^{[ 146 ] [ 147 ] [ 148 ]}

第二次産業革命（技術革命とも呼ばれる）は、19世紀後半から20世紀初頭にかけての急速な工業化の段階である。鉄道網の拡大、鉄鋼生産の増加、製造業における機械の普及、蒸気機関と石油の利用の大幅な増加に加え、この時期には電気の利用が拡大し、電磁気理論が様々な技術開発に応用された。

1880年代には、大規模な商業用電力システムが普及し、最初は照明に、最終的には電気動力や暖房に利用されました。初期のシステムでは交流と直流が使用されていました。交流送電線では変圧器を使用し て電圧を2倍にすると同じサイズのケーブルで同じ量の電力を4倍の距離送電できるという事実を利用できることが認識されたとき、大規模な集中発電が可能になりました。変圧器は、発電地点（代表的な数値は低キロボルト範囲の発電機電圧）で電圧をはるかに高い電圧（数万から数十万ボルト）に昇圧して一次送電し、その後、商業用および家庭用の電力用にいくつかの降圧変換を行うために使用されました。^{[ 11 ]} 1885年から1890年の間に、多相電流と電磁誘導を組み合わせた実用的な交流誘導電動機が開発されました。^{[ 149 ]}

1891年の国際電気技術博覧会では、高出力三相電流の長距離送電が展示されました。この博覧会は、フランクフルト・アム・マインの旧「西駅」（Westbahnhöfe）3駅の跡地で、5月16日から10月19日まで開催されました。博覧会では、175km離れたラウフェン・アム・ ネッカーで発電された高出力三相電流の初の長距離送電が展示されました。この実証実験の成功により、三相電流は世界中の送電網で確立されました。^{[ 11 ]}

鉄道ターミナル施設の改善に向けて多くのことがなされ、この国の主要な蒸気鉄道はすべて電気で運行されるべきではないと否定する蒸気鉄道技師は一人もいないだろう。他の方向では、電力の利用に関する出来事の進展も同様に速いと予想されていた。世界のあらゆる場所で、世界の始まりから無駄にされてきた、自然界の永久機関である落水の力が、今や電気に変換され、何百マイルも離れた地点まで電線で送られ、そこで有用かつ経済的に利用されている。^{[ 11 ] [ 150 ]}

発電用の最初の風車は、1887 年 7 月にスコットランドの電気技師ジェームズ・ブライスによってスコットランドで建設されました。^{[ 151 ]}大西洋を挟んだオハイオ州クリーブランドでは、1887～88 年にチャールズ・F・ブラッシュによって、より大型で高度な技術を駆使した風車が設計・建設されました。^{[ 152 ]}これは彼のエンジニアリング会社によって彼の自宅で建設され、1886 年から 1900 年まで稼働しました。 ^{[ 153 ]}ブラッシュ風力タービンは、直径56 フィート (17 m)のローターを持ち、60 フィート (18 m) の塔に取り付けられていました。今日の基準からすると大型ですが、この風車の定格出力は 12 kW に過ぎず、144 枚の羽根があったため、比較的ゆっくりと回転しました。接続されたダイナモは、バッテリーバンクを充電するか、ブラッシュの研究室で最大 100 個の白熱電球、3 個のアーク灯、およびさまざまなモーターを稼働させるために使用されました。この機械は1900年以降、クリーブランドの中央発電所から電力が供給されるようになると使われなくなり、1908年に放棄された。^{[ 154 ]}   

1900年から1910年にかけて、ヴィルヘルム・ヴィーン、マックス・アブラハム、ヘルマン・ミンコフスキー、グスタフ・ミーといった多くの科学者は、自然界のすべての力は電磁気的な起源を持つ（いわゆる「電磁気的世界観」）と信じていた。これは、 1892年から1904年にかけてヘンドリック・ローレンツによって発展させられた電子理論と関連していた。ローレンツは物質（電子）とエーテルを厳密に分離し、彼のモデルではエーテルは完全に静止しており、重量のある物質の近傍では運動しないとした。それまでの他の電子モデルとは異なり、エーテルの電磁場は電子間の媒介として現れ、この場の変化は光速よりも速く伝播することはない。

1896年、ピーター・ゼーマンはカー効果に関する論文を提出してから3年後、指導教官の直接の命令に背き、実験装置を用いて強い磁場によるスペクトル線の分裂を測定した。ローレンツは自身の理論に基づいてゼーマン効果を理論的に説明し、その功績により両者とも1902年にノーベル物理学賞を受賞した。1895年のローレンツの理論の基本的な概念は、v/cの項に対する「対応状態の定理」であった。この定理は、エーテルに対して運動している観測者は、静止している観測者と同じ観測を行うと述べている。この定理は、1904 年にローレンツによってすべての次数に拡張されました。ローレンツは、フレームを変更するときに時空変数を変更する必要があることに気づき、マイケルソン・モーリー実験を説明するために物理的長さ収縮(1892 年) のような概念を導入し、光の収差とフィゾー実験を説明するために局所時間(1895 年) という数学的概念を導入しました。その結果、ジョセフ・ラーモア(1897 年、1900 年) とローレンツ (1899 年、1904 年)によっていわゆるローレンツ変換が定式化されました。 ^{[ 156 ] [ 157 ] [ 158 ]}ローレンツが後に指摘したように (1921 年、1928 年)、彼はエーテルに静止している時計が示す時間を「真の」時間とみなし、局所時間は彼にとって経験的な作業仮説と数学的な技巧と見なされていました。^{[ 159 ] [ 160 ]}したがって、現代の歴史家は、ローレンツの定理を、エーテル中に静止している「現実の」システムから運動している「仮想の」システムへの数学的変換と見なしている。^{[ 156 ] [ 157 ] [ 158 ]}

ローレンツの研究を引き継ぎ、アンリ・ポアンカレは1895年から1905年にかけて、幾度となく相対性原理を定式化し、それを電磁気学と調和させようと試みた。彼は同時性を光速に依存する便宜的な慣習に過ぎないとし、光速の一定性は自然法則をできるだけ単純化するための有用な公準であると主張した。1900年、彼はローレンツの地方時を光信号による時計同期の結果と解釈し、電磁エネルギーを彼が「仮想流体」と呼んだ質量を持つものと比較することで、電磁運動量を導入した。${\displaystyle m=E/c^{2}}$そしてついに1905年6月と7月に、彼は相対性原理を重力を含む自然界の一般法則であると宣言した。彼はローレンツのいくつかの誤りを訂正し、電磁方程式のローレンツ共変性を証明した。ポアンカレはまた、電子配置を安定させる非電気的な力が存在することを示唆し、電磁気的世界観に反して、重力も非電気的な力であると主張した。しかし、歴史家たちは、彼が依然としてエーテルの概念を使用し、「見かけの」時間と「実際の」時間を区別していたため、現代の理解における特殊相対性理論を発明したわけではないと指摘している。^{[ 158 ] [ 161 ] [ 162 ] [ 163 ] [ 164 ] [ 165 ]}

1905年、特許庁に勤務していたアルベルト・アインシュタインは、ドイツを代表する物理学誌『アナーレン・デア・フィジーク』に4つの論文を発表した。これらは、後に「奇跡の年」論文と呼ばれることになる論文群である。

• 光の粒子性に関する彼の論文は、光が物質と相互作用する際に、エネルギーの離散的な「パケット」（量子）として作用するという仮説から、光電効果などの特定の実験結果が単純に理解できるという考えを提示した。この仮説は、1900年にマックス・プランクによって純粋に数学的な操作として導入されたもので、当時の光の波動理論とは矛盾するように思われた（アインシュタイン 1905a ）。これは、アインシュタイン自身が「革命的」と呼んだ唯一の業績であった。
• アインシュタインのブラウン運動に関する論文は、非常に小さな物体のランダムな動きを分子作用の直接的な証拠として説明し、原子論を支持するものであった。（アインシュタイン 1905b ）
• アインシュタインの運動体の電気力学に関する論文は、特殊相対性理論という革新的な理論を導入した。この理論は、観測者の運動状態と光速の独立性が観測されるには、同時性の概念に根本的な変更が必要であることを示した。その結果、運動体の時空座標系は、観測者の座標系に対して（運動方向に沿って）減速し、収縮する。この論文ではまた、当時物理学における主要な理論的実体の一つであった、光を運ぶエーテルの概念は不要であるとも主張した。（アインシュタイン 1905c ）
• アインシュタインは、質量とエネルギーの等価性（以前は別個の概念と考えられていた）に関する論文の中で、特殊相対性理論の方程式から、後に有名な式となるものを導き出した。${\displaystyle E=mc^{2}}$これは、ごくわずかな質量が膨大なエネルギーに変換され得ることを示唆している。 （アインシュタイン 1905d ）

これら4つの論文は今日では偉大な業績として認められており、そのため1905年はアインシュタインの「素晴らしい年」として知られています。しかし当時、これらの論文はほとんどの物理学者によって重要視されず、注目した物理学者の多くはそれらを真っ向から否定しました。光量子理論など、これらの研究の一部は何年も論争の的となりました。^{[ 166 ] [ 167 ]}

放射と物質の相互作用を記述する量子論の最初の定式化は、1920 年に原子の自然放出係数を初めて計算できたポール・ディラックによるものです。^{[ 168 ]}ポール・ディラックは、粒子の生成および消滅演算子の概念を導入して、調和振動子の集合として電磁場の量子化を記述しました。その後、ヴォルフガング・パウリ、ユージン・ウィグナー、パスカル・ジョルダン、ヴェルナー・ハイゼンベルクの貢献、およびエンリコ・フェルミによる量子電磁力学の洗練された定式化により、^{[ 169 ]}物理学者たちは、原理的には光子と荷電粒子が関与するあらゆる物理過程のあらゆる計算を実行できると考えるようになりました。しかし、 1937年と1939年にフェリックス・ブロッホがアーノルド・ノルジーク[ ^{170 ]}とヴィクトル・ヴァイスコフ[ ^{171 ]と}共同で行っ^たさらなる研究により、このような計算は摂動論 の1次までしか信頼できないことが明らかになった。この問題はロバート・オッペンハイマー^{[ 172 ]}によって既に指摘されていた。級数の高次では無限大が現れ、このような計算は無意味になり、理論自体の内部整合性に深刻な疑念が生じた。当時この問題の解決策は知られていなかったため、特殊相対性理論と量子力学の間には根本的な不整合が存在するように思われた。

1938 年 12 月、ドイツの化学者オットー・ハーンとフリッツ・シュトラスマンは、ウランに中性子を照射した後に元素バリウムを検出したと報告する原稿をNaturwissenschaftenに送りました。^{[ 173 ]}同時に、彼らはこれらの結果をリーゼ・マイトナーに伝えました。マイトナーと彼女の甥のオットー・ロベルト・フリッシュは、これらの結果を核分裂であると正しく解釈しました。^{[ 174 ]}フリッシュは1939 年 1 月13 日にこれを実験的に確認しました。^{[ 175 ]} 1944 年、ハーンは核分裂の発見によりノーベル化学賞を受賞しました。核分裂の発見の歴史を記録した歴史家の中には、ハーンとともにマイトナーもノーベル賞を受賞すべきだったと考える人もいます。^{[ 176 ] [ 177 ] [ 178 ]} 

量子論の難しさは1940年末まで続いた。マイクロ波技術の進歩により、水素原子の準位のシフト（現在ラムシフトとして知られている） ^{[ 179 ]}や電子の磁気モーメント^{[ 180 ]}をより精密に測定することが可能になった。これらの実験は、理論では説明できない矛盾を明確に明らかにした。1950年代にバブルチャンバーとスパークチャンバーが発明されると、実験的素粒子物理学はハドロンと呼ばれる多数の粒子を発見した。これほど多くの粒子がすべて基本粒子であるとは考えられないように思われた。

1945年の終戦直後、ベル研究所はウィリアム・ショックレーと化学者のスタンレー・モーガンをリーダーとする固体物理学グループを結成した。他のメンバーには、ジョン・バーディーンとウォルター・ブラッテン、物理学者のジェラルド・ピアソン、化学者のロバート・ギブニー、電子工学の専門家ヒルベルト・ムーア、そして数名の技術者がいた。彼らの任務は、壊れやすいガラス真空管増幅器に代わる固体素子を探すことだった。最初の試みは、半導体に外部電界を印加して導電率を変化させるというショックレーのアイデアに基づいていた。これらの実験は、あらゆる構成や材料で毎回失敗した。グループは行き詰まっていたが、バーディーンが電界が半導体内部に浸透するのを妨げる表面状態を想定する理論を提案した。グループは焦点をこれらの表面状態の研究に移し、ほぼ毎日集まって研究について議論した。グループ内の関係は非常に良好で、アイデアは自由に交換された。^{[ 181 ]}

電子実験の問題に関しては、ハンス・ベーテが解決策を示しました。1947年、^{シェルター}アイランドで開催された会議でこのテーマについて講演した後、ニューヨークからスケネクタディへ列車で向かう途中、ベーテは^{ラムとレザフォード}によって測定された水素原子のスペクトル線のシフトの最初の非相対論的計算を完了しました。^{[ 182 ]} [183]​​ 計算の限界にもかかわらず、一致は非常に良好でした。アイデアは、実験によって実際に有限値に固定されている質量と電荷の補正に無限大を付けるというものでした。このようにして、無限大はこれらの定数に吸収され、実験とよく一致する有限の結果が得られます。この手順は再正規化と呼ばれました。

ベテの直観と、朝永慎一郎^{[ 184 ]} 、ジュリアン・シュウィンガー^{[ 185 ] [ 186 ]}、リチャード・ファインマン[ ^{187 ] [ 188 ] [ 189 ]}、フリーマン・ダイソン^{[ 190 ] [ 191 ]}によるこの主題に関する基礎論文に基づいて、量子電磁力学の摂動級数の任意の次数で有限な完全共変な定式化を得ることが最終的に可能になった。^朝永慎一郎、^{ジュリアン・}シュウィンガー、リチャード・ファインマンは、この分野での業績により、1965年にノーベル物理学賞を共同受賞した^{[ 192 ]} 。彼らとフリーマン・ダイソンの貢献は、摂動論の任意の次数で観測量を計算できる量子電磁力学の共変かつゲージ不変な定式化に関するものであった。ファインマンの図に基づく数学的手法は、当初はシュウィンガーと朝永の場の理論的演算子に基づくアプローチとは全く異なるように見えたが、後にフリーマン・ダイソンは、この2つのアプローチが等価であることを示した。^{[ 190 ]}再規格化、つまり理論に現れる特定の発散に積分を通して物理的な意味を付与する必要性は、その後、量子場理論の基本的な側面の1つとなり、理論の一般的な受容性の基準と見なされるようになった。再規格化は実際には非常にうまく機能するが、ファインマンは再規格化の数学的妥当性に完全に満足することはなく、再規格化を「まやかし」や「まやかし」と呼ぶことさえあった。^{[ 193 ]} QEDは、その後のすべての量子場理論のモデルおよびテンプレートとして機能した。ピーター・ヒッグス、ジェフリー・ゴールドストーンら、シェルドン・グラショウ、スティーブン・ワインバーグ、アブドゥス・サラムらは、弱い核力と量子電磁力学を単一の電弱力に統合できることをそれぞれ独立に示しました。

ロバート・ノイスは、バイアスされたpn接合（ダイオード）の動作によって生じるp-n接合の分離の原理を集積回路の背後にある重要な概念としてカート・レホベックに帰した。^{[ 194 ]}ジャック・キルビーは1958年7月に集積回路に関する最初のアイデアを記録し、1958年9月12日に最初の動作する集積回路を実証することに成功した。^{[ 195 ]} 1959年2月6日の特許出願で、キルビーは新しいデバイスを「電子回路のすべてのコンポーネントが完全に統合された半導体材料の本体」と説明した。^{[ 196 ]}キルビーは集積回路の発明の一部で2000年のノーベル物理学賞を受賞した。^{[ 197 ]}ロバート・ノイスもキルビーの半年後に独自の集積回路のアイデアを思いついた。ノイスのチップはキルビーのチップでは解決できなかった多くの実用的な問題を解決した。フェアチャイルド・セミコンダクター社で製造されたノイスのチップはシリコン製だったのに対し、キルビーのチップはゲルマニウム製だった。

フィロ・ファーンズワースは、ファーンズワースが核融合を起こすために設計した装置であるファーンズワース・ハーシュ・フューザー、または単にフューザーを開発した。磁気閉じ込めプラズマをゆっくりと加熱するほとんどの制御核融合システムとは異なり、フューザーは高温イオンを反応室に直接注入するため、かなりの複雑さを回避できる。ファーンズワース・ハーシュ・フューザーが1960年代後半に核融合研究の世界に初めて紹介されたとき、フューザーは核融合反応を起こしていることを明確に実証できる最初の装置だった。当時、実用的な電源にすぐに開発できるという期待が高かった。しかし、他の核融合実験と同様に、電源への開発は困難であることが判明した。それでも、フューザーはその後実用的な中性子源となり、この用途で商業的に生産されている。^{[ 198 ]}

電磁石の鏡像は反対の極性の磁場を生成します。したがって、磁石の北極と南極は左右と同じ対称性を持っています。1956 年以前は、この対称性は完全であり、技術者は左右を参照しない限り磁石の北極と南極を区別できないと考えられていました。その年、TD Lee と CN Yang は弱い相互作用におけるパリティの非保存を予測しました。多くの物理学者を驚かせたことに、1957 年に米国標準局のCS Wu と共同研究者は、原子核の偏極に適した条件下では、コバルト 60のベータ崩壊は外部磁場の南極に向かって電子を優先的に放出し、北極に向かってやや多くのガンマ線を放出することを実証しました。その結果、実験装置は鏡像とは比較にならない挙動を示します。^{[ 199 ] [ 200 ] [ 201 ]}

標準模型への第一歩は、1960 年にシェルドン・グラショーが電磁相互作用と弱い相互作用を組み合わせる方法を発見したことである。^{[ 202 ]} 1967 年に、スティーブン・ワインバーグ^{[ 203 ]}とアブドゥス・サラム^{[ 204 ]}は、ヒッグス機構^{[ 205 ] [ 206 ] [ 207 ]}をグラショーの電弱理論に組み込み、その現代的な形を与えた。ヒッグス機構は、標準模型におけるすべての素粒子の質量を生み出すと考えられている。これには、 W ボソンと Z ボソンの質量、およびフェルミオン（つまり、クォークとレプトンの質量）の質量が含まれる。 1973年にCERNでZボソンの交換によって引き起こされる中性の弱い電流が発見された後、^{[ 208 ] [ 209 ] [ 210 ] [ 211 ]}電弱理論は広く受け入れられ、グラショウ、サラム、ワインバーグは、その発見により1979年のノーベル物理学賞を共同受賞した。WボソンとZボソンは1981年に実験的に発見され、その質量は標準模型の予測どおりであることがわかった。多くの研究者が貢献した強い相互作用の理論は、ハドロンが部分的に電荷を持つクォークで構成されていることが実験によって確認された1973～74年頃に現代的な形になった。 1970年代に量子色力学が確立されたことで、一連の基本粒子と交換粒子が確定し、ゲージ不変性の数学に基づいた「標準模型」の確立が可能になった。この標準模型は重力を除くすべての力をうまく記述し、適用対象領域内では依然として広く受け入れられている。

「標準モデル」は、電弱相互作用理論と量子色力学をゲージ群SU(3)×SU(2)×U(1)で表される構造にまとめています。標準モデルにおける電磁相互作用と弱相互作用の統一の定式化は、アブドゥス・サラム、スティーブン・ワインバーグ、そして後にシェルドン・グラショウによるものです。CERNで、標準モデルで予見されていたZボソンによって媒介される中性弱電流の存在が発見された後、^{[ 212 ] [ 213 ] [ 214 ] [ 215 ]}、物理学者のサラム、グラショウ、ワインバーグは、電弱理論に対して1979年のノーベル物理学賞を受賞しました。^{[ 216 ]}それ以来、ボトムクォーク（1977年）、トップクォーク（1995年）、タウニュートリノ（2000年） 、ヒッグス粒子（2012年）の発見により、標準模型は信憑性を増している。

新興エネルギー技術は多岐にわたる。2007年までに、高度な超イオン伝導体を用いた固体マイクロメートルスケールの電気二重層コンデンサは、深サブ電圧ナノエレクトロニクスや関連技術（ CMOSの22nm技術ノード以降）などの低電圧電子機器向けに開発された。また、リチウムイオン電池であるナノワイヤ電池は、2007年に崔毅博士率いるチームによって発明された。

大統一理論（GUT）とは、素粒子物理学におけるモデルの一つで、高エネルギー領域において、電磁力が標準模型の他の2つのゲージ相互作用、すなわち弱い核力と強い核力と統合されるというものです。多くの候補が提案されてきましたが、いずれも実験的証拠によって直接裏付けられていません。GUTはしばしば、「万物の理論」（TOE）への中間段階と見なされています。万物の理論とは、既知のすべての物理現象を完全に説明し、それらを結びつける理論物理学の理論であり、理想的には、原理的に実施可能なあらゆる実験の結果を予測できる能力を持つとされています。しかし、物理学界でそのような理論が受け入れられた例はまだありません。

磁気電荷の量子論における磁気単極子^{[ 222 ]}は、1931年に物理学者ポール・A・M・ディラックの論文から始まった^{[ 223 ]。}磁気単極子の検出は、実験物理学における未解決問題である。いくつかの理論モデルでは、磁気単極子は粒子加速器で生成するには質量が大きすぎ、また宇宙では粒子検出器に入る確率が低すぎるため、観測される可能性は低い。

20年以上にわたる集中的な研究の後も、高温超伝導の起源はまだ明らかになっていないが、従来の超伝導のように電子-フォノン引力機構ではなく、真の電子機構（例えば反強磁性相関）が関わっており、 s波ペアリングではなくd波ペアリング^{[ 224 ]}が重要であるように思われる。^{[ 225 ]}この研究の目標の一つは室温超伝導である。^{[ 226 ]}