lược sử Điện từ học

LỊCH SỬ ĐIỆN TỪ HỌC

Trần Nghiêm dịch

Lịch sử Điện từ học

Kristen Eliza Coyne, Adam Rainey, Jesse Birch, Eric Hooper, Kevin John, Richard Ludlow, Adam Rainey

Trần Nghiêm dịch

Mục lục 600 trước Công nguyên – 1599 .................................................................................. 1

1600 – 1699 .................................................................................................................. 4

1700 - 1749 .................................................................................................................. 7

1750 – 1774 ................................................................................................................ 11

1775 - 1799 ................................................................................................................ 14

1800 - 1819 ................................................................................................................ 17

1820 - 1829 ................................................................................................................ 20

1830 – 1839 ................................................................................................................ 24

1840 - 1849 ................................................................................................................ 29

1850 - 1869 ................................................................................................................ 33

1870 - 1879 ................................................................................................................ 38

1880 - 1889 ................................................................................................................ 41

1890 – 1899 ................................................................................................................ 45

1900 – 1909 ................................................................................................................ 49

1910 - 1929 ................................................................................................................ 53

1930 - 1939 ................................................................................................................ 57

1940 – 1959 ................................................................................................................ 61

1960 - 1979 ................................................................................................................ 65

1980 - 2003 ................................................................................................................ 69

Lịch sử Điện từ học 1

600 trước Công nguyên – 1599

Mối quan tâm và sự mê hoặc của loài người với từ học và điện học đã có cách nay ít nhất là 2600 năm, khoảng năm 600 tCN. Đó là lúc, xưa như chúng ta biết, những người Hi Lạp cổ đại lần đầu tiên đề cập đến những tính chất bí ẩn. Nhà triết học Thales xứ Miletus đã quan sát thấy hổ phách, khi cọ xát, hút được lông chim và những chất liệu nhẹ khác. Ông cũng để ý thấy đá nam châm (magnetite) có thể hút được sắt. Nhưng một sự phân biệt rõ ràng giữa hai hiện tượng này vẫn không được nhận ra.

Trong nhiều thế kỉ, những hiện tượng này đã khêu gợi những trí tuệ lớn, từ Pliny tới Plato tới St. Augustine. Nhưng sự hiểu biết sâu sắc thật sự vẫn tiếp tục lảng tránh họ. Các nhà tư tưởng thời Cổ đại và Trung đại thường bị vướng mắc bởi việc thiếu công cụ, bởi một phương pháp nêu nghi vấn không hoàn thiện, bởi đức tin tôn giáo hoặc các tổ chức ngăn cấm thẩm tra tự do, và các tư tưởng bảo thủ đã làm họ đi chệch hướng.

Phần nhiều trong thời kì này, thuyết duy linh đã tô điểm cho thế giới của con người. Thales, chẳng hạn, tin rằng đá nam châm có một linh hồn. Những quan niệm khác có lẽ thật khôi hài đối với chúng ta ngày nay đã được đề xuất trong thời gian này. Nhà triết học La Mã Lucretius, chẳng hạn, cho rằng các hạt do đá nam châm phát ra quét qua không khí giữa nó và sắt, do đó hút sắt thông qua một loại “mút” lấy.

Muộn hơn nhiều sau này, một cách tiếp cận có phần chín chắn hơn thực hiện bởi người Pháp Pierre de Maricourt (Petrus Peregrinus), người sống thời thế kỉ 13, đã làm thí nghiệm với một đá nam châm hình cầu và những thứ khác, rồi công bố kết quả của ông trong cuốn “Epostolia de Magnete.” Ông là một trong những người đầu tiên đề xuất việc khai thác tính chất vẫn còn hiểu biết nghèo nàn của từ học để chế tạo một cỗ máy chuyển động vĩnh cửu.

Tuy nhiên, có một dụng cụ từ đã đi vào sử dụng trong thời gian này và đã có tác động rộng rãi hơn lên lịch sử loài người so với cỗ máy tưởng tượng của Peregrinus: đó là la bàn. Người Trung Quốc được đông đảo công nhận là đã phát minh ra nó. Sự chứng thực được sử sách ghi lại đầu tiên về la bàn sử dụng trong hàng hải ở Trung Hoa vào năm 1086, và sau này


nó được các thủy thủ châu Âu sử dụng. Tuy nhiên, la bàn đã được sử dụng hàng thế kỉ trước đó vì những mục đích khác. Gọi là “kim chỉ nam”, dụng cụ đơn giản được mô tả là một đá nam châm hình cái môi, như hình vẽ, cán của nó luôn luôn chỉ về phương nam. Hiện thân sớm nhất này của la bàn mang tính chất thiêng liêng hơn là một công cụ hàng hải, sử dụng để chỉ dẫn hướng của cuộc sống của con người, không phải những bước chân của họ.

Còn hơn những biểu đồ hàng hải và những công cụ khác, la bàn đã làm cho những chuyến hành trình biển lớn trở nên có thể trong thời gian này. Dụng cụ đã chỉ đường cho Columbus đến châu Mĩ, Vasco da Gamma đi vòng qua vùng sừng châu Phi và tiến vào Ấn Độ, và Ferdinand Magellan trong chuyến vòng quanh thế giới của ông. Nó cũng đưa đến những khám phá khoa học quan trọng, trong đó có các quan sát về cực từ của Trái đất và sự lệch của từ trường của nó.

Tiến về năm 1600, một vài trí tuệ sáng suốt đã bắt đầu nhìn thấy từ và điện là hai lực khác nhau. Sự thông suốt này đánh dấu bước nhảy trí tuệ lớn đầu tiên trong sự hiểu biết của nhân loại về những lĩnh vực có tương quan với nhau này. Nhưng mất gần 250 năm nữa trước khi một sự hiểu biết đầy đủ hơn hiện ra từ mối tương quan này, hoặc những loại điện khác tồn tại ngoài tĩnh điện ra.

600 tCN - 1599

khoảng 600 tCN Nhà triết học Hi Lạp Thales xứ Miletus lưu ý thấy hổ phách hút được lông

chim và những vật nhẹ khác khi bị cọ xát, mốc tham khảo lịch sử đầu tiên về tĩnh điện. Ông cũng làm thí nghiệm với đá nam châm, hay magnetite, và thấy nó có thể hút được sắt.

khoảng 100 tCN Đá nam châm được sử dụng trên bàn thờ của các đạo sĩ ở Trung Hoa.


khoảng 50 tCN Trong bài thơ dài của ông De Rerum Natura (“Về bản chất của vạn vật”), nhà thơ và nhà triết học La Mã Lucretius đã liên hệ với lí thuyết vật lí của nhà triết học người Hi Lạp Epicurus, trong đó có nỗ lực của ông ở việc giải thích hoạt tính của đá nam châm.

1086 Nhà thiên văn và nhà toán học người Trung Hoa Shen Kua tường thuật

việc sử dụng la bàn từ trong hàng hải trong cuốn Meng ch'i pi t'an.

1180 Alexander Neckam, một thầy tu người Anh, cung cấp bản miêu tả châu Âu

sớm nhất của việc sử dụng la bàn từ bởi những người thủy thủ trong tác phẩm của ông De utensilibus (“Về các thiết bị”).

1269 Binh sĩ người Pháp Pierre de Maricourt, còn được biết tới là Petrus

Peregrinus, đã tiến hành những thí nghiệm đơn giản với nam châm và viết nên tác phẩm Epistola de magnete (“Bức thư về nam châm”), trong đó ông nói về la bàn, các cực từ và khả năng của nam châm mạnh làm đảo cực của nam châm yếu hơn.

1492 Trong hành trình về phía tây của ông xuất phát từ Tây Ban Nha,

Christopher Columbus tường trình đã quan sát thấy sự nghiêng của kim từ tính của la bàn của ông thay đổi ở giữa đường xuyên đại dương từ đông sang tây.

1551 Nhà toán học người Italy Girolamo Cardano nhận ra lực từ và lực hút của

các vật nhỏ với hổ phách bị kích thích là khác nhau.

1581 Robert Norman, một nhà chế tạo la bàn người Anh, mô tả sự nghiêng hay

lệch của một kim từ tính trong cuốn Lực hút mới, đã đo góc nghiêng đó với một dụng cụ do ông tự phát minh ra gọi là vòng tròn nghiêng.

1588 Nhà địa lí người Italy Livio Sanuto lần đầu tiên chú ý tới quan điểm rằng

Trái đất có hai cực từ.


1600 – 1699

Năm 1600, cuộc cách mạng khoa học đang diễn tiến ở châu Âu, một thời kì được đánh dấu bởi những tiến bộ mang tính lịch sử trong khoa học như các phát kiến của Keppler, Galileo, Francis Bacon và nhiều người khác. Nhà khoa học đầu tiên để lại dấu ấn của ông trong thế kỉ này là nhà vật lí người Anh với cái tên William Gilbert.

Trong năm đầu tiên của thế kỉ này, giữa sự đơm hoa kết trái trí tuệ của thời kì Elizabeth, Gilbert đã cho xuất bản sáu tập sách tên là De Magnete (“Về nam châm”). Nhiều người xem đây là tác phẩm khoa học thật sự đầu tiên. Rời bỏ truyền thống hiện có, Gilbert xây dựng kết quả của ông trên những thí nghiệm thực sự - lặp lại để đảm bảo kết quả phù hợp, sử dụng thiết bị khoa học và mang lại những quan sát trực tiếp thay cho các giả thuyết kế thừa.

Một dụng cụ do Gilbert phát minh ra dùng trong những nghiên cứu này là cái versorium: một mũi tên kim loại phát hiện ra lực điện trong chất liệu và cấu thành nên cái điện nghiệm đầu tiên. Một thiết bị khác ông đặt tên là “terrella” – nghĩa là tiểu Trái đất. Quả cầu đá nam châm bị từ hóa này phối hợp ăn ý với một la bàn trong vô số thí nghiệm. Gilbert đã thực hiện nhiều khám phá mang tính đột phá với cơ cấu này, trong đó có việc bản thân Trái đất là một nam châm khổng lồ. Ông cũng cho rằng Trái đất có một “quả cầu tác dụng” từ tính – mầm mống của một sự thật không được hiểu biết thấu đáo bởi các nhà khoa học trong hơn 200 năm trời.

Sau khi kiểm tra có phương pháp nhiều chất liệu đa dạng, Gilbert đã phát hiện thấy hổ phách không phải là chất liệu duy nhất, khi cọ xát, hút được những vật nhẹ nhất định. Ông đã phân loại các chất liệu này là “có tính điện”, và các chất đó không có tính chất gọi là “phi điện”. Như vậy, Gilbert là người đã đặt ra thuật ngữ “điện” (dựa trên từ vựng Hi Lạp chỉ hổ phách).

Nhiều quan điểm của Gilbert không đúng: Ví dụ, ông suy luận sai lầm rằng lực từ là nguyên nhân cho quỹ đạo của Mặt trăng quay xung quanh Trái đất, và rõ ràng đã thất bại trước


việc nhận ra tĩnh điện không chỉ hút, mà còn đẩy. Tuy vậy, những thành tựu trí tuệ của ông, và cách thức chúng được tạo ra, là một bước nhảy lớn trong lịch sử khoa học.

Khi chủ nghĩa phục hưng, bắt đầu ở Italy thế kỉ 15, lan rộng ra phần còn lại của Âu châu, các nhà khoa học đã khảo sát những địa hạt mới, nắm lấy một cách tiếp cận theo chủ nghĩa duy lí Descartes để nghiên cứu. Năm 1629, nhà triết học Italy Niccolò Cabeo đã lấp đầy một trong những chỗ còn bỏ trống của Gilbert, lần đầu tiên lưu ý thấy sự tiếp xúc giữa hai chất hút nhau có thể làm cho chúng sau đó đẩy lẫn nhau. Ba thập kỉ sau, nhà vật lí người Đức Otto von Guericke đã đá tiếp quả bóng nghiên cứu của Gilbert (nếu nói được như vậy) bởi việc chế tạo một “terrella” của riêng ông – không phải bằng đá nam châm mà bằng sulphur. Nó là bộ phận của một dụng cụ mà ông sử dụng để tạo ra tĩnh điện. Ông sử dụng quả cầu sulphur, cỗ máy đầu tiên thuộc loại của nó, để phô bày tác dụng đẩy của tĩnh điện, ban đầu hút một cái lông chim sang terrella đã cọ xát, sau đó đi tới xua đuổi nó vòng quanh căn phòng với quả cầu đó. Von Guericke sau đó trở thành người đầu tiên chứng kiến hiệu ứng điện phát quang khi quả cầu sulphur của ông bắt đầu lóe sáng trong khi hoạt động.

1600 – 1699

1600 Sau gần hai thập kỉ thực nghiệm, bác sĩ người Anh William Gilbert đã hoàn thành

tác phẩm của ông về từ học, De Magnete, Magneticisique Corporibus, et de Magno Magnete Tellure (“Bàn về nam châm, các vật từ tính, và Thanh nam châm vĩ đại của Trái đất”). Công trình lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ điện (electric), từ do Gilbert đặt ra cho hổ phách xuất phát từ tiếng Hi Lạp (electron), lần đầu tiên phân loại chính các chất điện và phi điện, và một trong những mô tả sớm nhất rằng Trái đất là một thực thể từ tính.

1629 Nhà triết học dòng Tên người Italy Niccolò Cabeo công bố những quan sát của ông

về lực hút và lực đẩy điện trong cuốn Philososphia Magnetica, lưu ý thấy sự tiếp xúc giữa hai chất liệu hút nhau có thể làm cho chúng sau đó đẩy lẫn nhau.

1635 Giáo sĩ người Anh Henry Gellibrand xác định chắc chắn rằng độ lệch từ biến đổi

theo thời gian bằng cách so sánh các phép đo mới với các phép đo ông thu được trước đó 12 năm, và công bố kết quả của ông.

1644 Triết gia người Pháp René Descartes đưa ra một trong những lời giải thích cơ giới

đầu tiên, thay vì duy linh, về từ học, nó liên quan tới một tương tác phức tạp giữa xú khí, chỉ sợi và ống dẫn.

1646 Trong cuốn Pseudodoxia Epidemica, bác sĩ người Anh Thomas Browne lần đầu tiên

sử dụng thuật ngữ điện (electricity) mà ông định nghĩa là “một sức mạnh hút được các cọng rơm hay những vật nhẹ, và làm biến đổi kim la bàn đặt tự do”.


1660 Nhà vật lí Đức Otto von Guericke phát minh ra một cỗ máy có khả năng phát ra tĩnh điện bằng cách áp dụng ma sát trên một quả cầu sulphur ở trong một quả cầu thủy tinh quay trên một cán sắt với một tay quay.

1672 Lưu ý thấy bộ phận quả cầu sulphur của máy phát điện của ông có thể làm cho lóe

sáng bởi dòng điện mà nó tạo ra, Otto von Guericke trở thành người đầu tiên quan sát thấy điện phát quang.

1675 Robert Boyle, một nhà thực nghiệm người Anh đầy tham vọng, xuất bản cuốn Các

thí nghiệm và lưu ý về nguồn gốc cơ giới hay sự sản sinh của dòng điện, trong đó ông mô tả sự truyền điện qua một chân không.

1692 Edmond Halley, nhà toán học và thiên văn học người Anh, đề xuất rằng Trái đất

gồm những quả cầu nằm trong những quả cầu, mỗi quả cầu quay từ từ so với những quả cầu khác và bị từ hóa một cách độc lập. Halley sử dụng quan điểm của ông về hành tinh để giải thích tại sao độ lệch từ biến đổi dần theo thời gian.

1699 Edmond Halley tiến hành cuộc khảo sát sự lệch từ đầu tiên và công bố biểu đồ kết

quả của ông hai năm sau đó.


1700 - 1749

Ngài Isaac Newton của nước Anh, được xem là một trong những nhà khoa học và nhà toán học vĩ đại nhất trong lịch sử, đã xuất bản chuyên luận nổi tiếng của ông về ánh sáng và quang học ngay đầu thế kỉ này. Ngoài những vấn đề khác, nó còn giải quyết một cuộc tranh luận đã bắt đầu hàng năm trước đó xem ánh sáng là hạt hay là sóng. Đối lập với những lí thuyết trước đó, Newton xác định ánh sáng cấu thành từ các hạt, hay các “tiểu thể”. Các nhà khoa học tiếp tục bàn tới bàn lui về vấn đề đó trong hàng thế kỉ, nhưng cuối cùng người ta công nhận ánh sáng là sóng điện từ và sau này được đồng ý, nhờ một nhà khoa học lỗi lạc khác, Albert Einstein, rằng ánh sáng vừa là sóng vừa là hạt.

Một người đồng hương của Newton, Francis Hauksbee, được thuê bởi Hội Hoàng gia, một viện hàn lâm khoa học độc lập thành lập ở London năm 1662. Mặc dù tương đối ít học, nhưng Haukabee có một năng khiếu về khoa học, nhất là thiết kế và chế tạo thiết bị thí nghiệm. Ngay từ đầu thập niên 1700, ông đã tiến hành tìm hiểu ánh sáng khí áp, hay lóe sáng xuất hiện trong một khí áp kế khi người ta lắc nó, một hiện tượng được hiểu biết nghèo nàn vào thời ấy

Hauksbee đi đến nhận ra lóe sáng đó là điện – kết quả của sự ma sát của thủy ngân chuyển động trong ống khí áp kế. Ông tiếp tục nghiên cứu xem những chất liệu khác có mang lại một hiệu ứng như vậy hay không, và vì công việc này, ông đã chế tạo một máy phát tĩnh điện cải tiến nhiều trên mẫu năm 1660 của Otto von Guericke. Với nó, ông đã tạo ra ánh sáng trong một ống thủy tinh đủ sáng, ông tường thuật, để đọc sách – một tiền thân thô sơ của bóng đèn điện. Ông còn sáng tạo ra sự hình dung trực giác đầu tiên về các đường lực điện, mặc dù Haukabee không nhận thức rõ ý nghĩa của cái ông nhìn thấy. Hauksbee còn hiểu sai một hiện tượng khác quan sát thấy trong các thí nghiệm của ông: đó là mang một quả cầu thủy tinh lại gần một quả cầu nhiễm điện khác, ông có thể làm nhiễm điện quả cầu thứ nhất (ngày nay gọi là nhiễm điện do hưởng ứng).


Một người Anh khác, Stephen Gray, tiếp tục theo đuổi nghiên cứu của Hauksbee trong lĩnh vực đó với những đóng góp quan trọng của riêng ông, quan trọng nhất trong số đó là khám phá ra sự dẫn điện. Sử dụng nhiều chất liệu đa dạng trong nhiều năm, Gray đã truyền tải điện đi những khoảng cách ngày càng xa hơn. Cuối cùng, ông chuyển các thí nghiệm của ông ra ngoài trời và xây dựng những đường dây dài hàng trăm foot. Ông đi đến chỗ nhận ra rằng một số chất thì dẫn điện tốt (cái ngày nay chúng ta gọi là chất dẫn điện), trong khi một số chất khác thì không (chất cách điện).

Vài năm sau đó, bên kia eo biển Anh, nhà hóa học người Pháp Charles-François de Cisternay du Fay đã lặp lại và dẫn giải về những thí nghiệm của Gray, von Guericke và những người khác, đi đến một sự hiểu biết đầy đủ hơn về lực đẩy điện. Trong khi thực hiện như vậy, ông đã thu được một số nhận thức quan trọng, trong đó có việc rằng đa số các vật có thể làm cho nhiễm điện chỉ bằng cách cọ xát chúng, và các chất dẫn điện tốt hơn khi bị ẩm ướt.

Nhưng khám phá quan trọng nhất của du Fay là sự tồn tại của hai loại điện. Ông đã suy luận ra kết luận này với thí nghiệm sau đây. Thứ nhất, nhà hóa học đã mang một lá vàng đến tiếp xúc với một quả cầu thủy tinh đã cọ xát, người ta trông đợi nó hút, rồi tức thì đẩy, lá vàng ra. Sau đó, ông đặt lá vàng gần một vật bị cọ xát khác – lần này là một miếng nhựa copal giống hổ phách, và ngạc nhiên thấy lá vàng hút nhựa copal. Ông thì trông đợi hai vật nhiễm điện đó đẩy lẫn nhau. Du Fay xác định phải có hai loại điện, và đặt tên một loại là điện thủy tinh và một loại là điện nhựa. Một số chất tạo ra loại điện thứ nhất, còn một số chất phát ra loại thứ hai. Mặc dù Du Fay đã tinh ranh quan sát những hành vi đối lập, nhưng ông đã sai, tất nhiên, trong giải thích của ông về chúng. Benjamin Franklin sẽ lập kỉ lục ngay sau đó vài năm.

Hướng về giữa thế kỉ, một loại tụ điện đơn giản đã được nghĩ ra trở thành một công cụ thực nghiệm rất quan trọng – và mang tính giải trí. Được phát minh độc lập bởi thầy tu người Đức E. Georg von Kleist và nhà vật lí người Hà Lan Pieter van Musschenbroek ở trường Đại học Leiden, nó trở nên nổi tiếng với cái tên chai Leyden. Nó gồm một cái chai thủy tinh chứa đầy nước, tráng bên trong và bên ngoài lớp kim loại mỏng và đậy bằng một cái nút có sợi dây kim loại xuyên qua. Đầu kia của sợi dây này có thể nối với một máy phát tĩnh điện, sao cho điện do máy phát tạo ra sẽ chạy vào và dự trữ trong chai. Mặc dù nguy hiểm nếu sử dụng không cẩn thận (van Musschenbroek đã suýt mất mạng với nó), nhưng cái chai đã được sử dụng bởi nhiều nhà khoa học lỗi lạc trong nghiên cứu của họ về điện (trong đó có Benjamin Franklin) và làm phát sinh những biểu hiện kì lạ của dòng điện.

1700 – 1749

1706 Nhà vật lí người Anh, ngài Isaac Newton xuất bản cuốn Opticks, tập hợp những bài

viết của ông liên quan đến ánh sáng, màu sắc và quang học. Trong tác phẩm này, ông đưa ra lí thuyết tiểu thể về ánh sáng rằng ánh sáng cấu thành từ các hạt, không phải sóng, như những nhà khoa học khác đề xuất.

1706 Francis Hauksbee ở London phát minh ra máy phát tĩnh điện gồm một quả cầu thủy

tinh điều chỉnh bằng một tay quay tạo ra điện tích qua sự ma sát, từ đó người ta sử


dụng một dây kim loại để bắt lấy, một cải tiến quan trọng so với mẫu mang tính nguyên bản hơn do Otto von Guericke sáng tạo ra vài thập kỉ trước đó.

1708 Nhà khoa học người Anh William Wall chú ý thấy một sự giống nhau giữa tiếng sấm và tia chớp, và giữa những tiếng răng rắc và tia lửa điện sinh ra bởi các vật nhiễm điện và quan sát của ông được đăng trong cuốn Kỉ yếu triết học.

1709 Các thí nghiệm cơ-lí về những vật khác nhau. Giải thích một vài hiện tượng bất ngờ

liên quan đến ánh sáng và điện được Francis Hauksbee cho xuất bản và trở thành một nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực điện và điện phát quang.

1716 Nhà toán học và thiên văn học người Anh Edmond Halley suy xét chính xác rằng hiện

tượng cực quang trong khí quyển liên quan đến các tác động của từ trường của Trái đất.

1722 Qua sự quan sát chặt chẽ kim la bàn, nhà chế tạo thiết bị người London George

Graham phát hiện ra sự biến đổi hàng ngày của độ lệch từ trường Trái đất.

1729 Nhà hóa học Stephen Gray ở London chứng minh được sự dẫn điện và xác định rằng

bề mặt của một vật giữ lấy điện tích của nó.

1733 Nhà hóa học Pháp Charles-François de Cisternay du Fay nhận xét rằng có hai loại điện

khác nhau mà ông gọi là điện nhựa (-) và điện thủy tinh (+), lưu ý lực đẩy của các điện tích giống nhau và lực hút của các điện tích khác nhau, và xác định rằng dây dẫn điện tốt hơn khi ẩm ướt.

1742 Thomas Le Sueur và Francis Jacquier xuất bản cuốn Principia của Newton và có một

lưu ý đến đoạn văn chứng minh một định luật nghịch đảo lũy thừa ba của lực giữa hai nam châm.

1745 Chai Leyden, dụng cụ thực hành đầu tiên dùng dự trữ điện tích, được phát minh độc

lập bởi thầy tu người Đức E. Georg von Kleist và nhà vật lí người Hà Lan Pieter van Musschenbroek.

1745 Jean-Antoine Nollet, một tu sĩ và nhà vật lí người Pháp, đưa ra lí thuyết rằng vật chất

điện liên tục chảy giữa hai vật tích điện.

1745 Nhà vật lí người Anh Gowin Knight phát triển một phương pháp sản suất nam châm

nhân tạo giữ lại sự từ hóa của chúng trong những khoảng thời gian kéo dài. Các nam châm mới được sử dụng trong la bàn Knight, chúng trở nên rất phổ biến đối với các


thủy thủ và nhà khoa học.

1746 Trong một buổi trình diễn điện cho nhà vua Louis XV, Jean-Antoine Nollet cho phóng

điện một chai Leyden đến mức dòng điện đi qua một đoàn 180 lính cận vệ hoàng gia. Sau đó, ông tiến hành một kì công tương tự qua một đoàn tăng lữ sắp dài hơn một km.

1746 Nhà khoa học người Anh William Watson phát triển khái niệm bảo toàn điện tích,

trong đó tồn tại một chất lỏng điện không được sinh ra hay phá hủy, mà chỉ truyền từ vật này sang vật khác. Không bao lâu sau đó, Benjamin Franklin phát triển đầy đủ hơn lí thuyết bảo toàn đó.

1746 Johann Heinrich Winckler, một giáo sư tại Đại học Leipzig, cố gắng khai thác điện để

truyền điện báo qua những khoảng cách dài.

1747 Nhà vật lí và hóa học người Anh Henry Cavendish bắt đầu đo độ dẫn của những chất

khác nhau bằng cách so sánh cú sốc mà ông nhận được khi ông cho phóng điện chai Leyden qua chúng.

1748 William Watson, Henry Cavendish và những người đồng sự khác cố gắng đo vận tốc

của dòng điện khi nó truyền qua một mạch điện dài hơn 12.000 foot và kết luận sai lầm rằng nó là tức thời.

1748 Jean-Antoine Nollet chế tạo một điện nghiệm sơ khai, một điện kế gồm một quả cầu

lõi xốp lơ lửng chuyển động theo sức hút và đẩy tĩnh điện của một vật tích điện.


1750 – 1774

Một trong những trí tuệ lỗi lạc làm việc trong thời gian này là Benjamin Franklin, người Mĩ đầu tiên có những đóng góp quan trọng cho khoa học. Đồng thời là một chính khách tài năng, nhà triết học và nhà văn, Franklin đã phát triển một sự mê hoặc sâu sắc với điện học trong thập niên 1740, sau khi ông có một ống thủy tinh và vải vóc để làm thí nghiệm với chúng. Với dụng cụ này và một máy phát tĩnh điện do ông chế tạo, người thợ không biết mệt mỏi đã lao vào một loạt thí nghiệm đưa ông đến chỗ tin rằng chỉ có một loại điện mà thôi, thay vì hai loại mà du Fay đã nêu ra vài năm trước đó.

Franklin lí giải rằng tính chất đẩy và hút quan sát thấy ở các chất khác nhau dưới những trường hợp khác nhau là do hàm lượng tương đối của chất lỏng này bên trong chất, thay vì những loại chất lỏng khác nhau. Ông còn kết luận rằng chất lỏng này tìm thấy trong mọi vật, mặc dù nó có thể truyền từ vật này sang vật kia.

Nghiên cứu của Franklin còn dẫn đến quan sát của ông rằng điện không thể được tạo ra, nó cũng không thể bị mất đi. Thay vì vậy, sự mất điện ở vật này mang lại sự thu thêm điện ở vật kia. Điều này trở nên nổi tiếng là nguyên lí bảo toàn điện tích. Các vật nhận thêm điện tích, theo lí thuyết của Franklin, là dương, còn các vật cho đi điện tích là âm. Theo Franklin, chúng ta lần theo một trong những quy ước xưa cũ nhất – và kì lạ nhất – về điện: Nó chuyển từ dương (vật có nhiều điện tích hơn) sang âm (vật có ít điện tích hơn).

Đóng góp nổi tiếng nhất của Franklin cho lĩnh vực này, tất nhiên, là thí nghiệm cái diều của ông. Mối ngờ vực của ông rằng sét và điện chỉ là một và điều tương tự được chứng minh khi tia sét đánh vào cái diều của ông trước một cơn giông bão, truyền xuống một sợi dây ẩm và gây ra một khóa công kích cho tia lửa điện. Sự hiểu biết thấu đáo này dẫn đến phát minh của ông ra cột thu lôi, phát minh thực tiễn đầu tiên xuất hiện trong lĩnh vực điện hãy còn non trẻ và là phát minh đã bảo vệ cho vô số mạng sống con người.


Nghiên cứu của Franklin đã mê hoặc các nhà khoa học và những người khác khắp nước Mĩ và châu Âu, trong đó có một mục sư người Anh tên là Joseph Priestley. Thật ra, Priestley đã gặp Franklin trong một trong những lần lưu trú tạm thời của vị khách người Mĩ ở London và đã được truyền cảm hứng thực hiện một số thí nghiệm của riêng ông. Điều đáng nói là với một người không được đào tạo khoa học chính thống, Priestley đã tiến hành được một quan sát thâm thúy.

Ông bắt đầu với một thí nghiệm trong đó một quả cầu, lơ lửng bên trong một cái chai nhiễm điện, dường như hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi lực. Hành trạng đó đưa Priestley đi đến tư tưởng của ngài Isaac Newton về Định luật Vạn vật hấp dẫn, phát biểu rằng lực hút hấp dẫn giữa Trái đất và các vật khác tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa tâm của Trái đất và tâm của vật. Điều này cũng có nghĩa là những vật nằm bên trong này không chịu lực hấp dẫn nào.

Priestley đã nối kết các chấm đứt quãng đó, lí thuyết hóa một định luật nghịch đảo bình phương cho lực điện, một bước nhảy trí tuệ ấn tượng sớm được chứng minh là chính xác.

1750 – 1774

1750 John Michell, nhà địa lí người Anh, xuất bản cuốn Chuyên luận về nam châm

nhân tạo, mô tả cách thức chế tạo các nam châm thép mạnh và đưa ra một lời giải thích của khám phá của ông về định luật nghịch đảo bình phương cho lực hút và lực đẩy của các nam châm.

1750 Perh Vilhelm Margentin viết thư cho Viện Hàn lâm Khoa học Thụy Điển, trong

đó ông nêu nhận xét về tác động của cực quang lên một kim nam châm bị từ hóa.

1751 Những bức thư của Benjamin Franklin gửi cho một đồng nghiệp được xuất bản

thành cuốn Các thí nghiệm và quan sát về Điện. Tác phẩm có nêu quan điểm của Franklin về các điện tích dương và âm, sử dụng các vật dẫn nhọn, cải tiến chai Leyden và một kế hoạch cụ thể cho thí nghiệm cái diều nổi tiếng của ông.

1752 Mối quan hệ giữa sét và điện được chứng minh khi kế hoạch của Benjamin

Franklin thu thập điện tích từ một đám mây bão vào một chai Leyden với một cái khóa gắn với một cái diều được thực hiện thành công.

1759 Franz Aepinus, nhà triết học tự nhiên người Đức, xuất bản cuốn Tentamen

Theoriae Electricitatis et Magnetismi của ông (“Một nỗ lực đi tìm Lí thuyết của Điện và Từ học”), cuốn sách đầu tiên xem xét điện và từ dưới dạng toán học.


1762 Johann Sulzer, nhà vật lí Thụy Sĩ sinh sống ở Berlin, hình thành trong đầu và tiến hành một thí nghiệm đặt hai kim loại khác nhau trong miệng của ông sao cho chúng chạm vào nhau, tạo ra một cảm giác lạ ở lưỡi. Về cơ bản thì đây chính là phép kiểm tra bằng lưỡi đầu tiên của pin, và nó đã được nhiều nhà khoa học khác lặp lại, trong đó có Alessandro Volta.

1764 Nhà vật lí Thụy Điển Johannes Wilcke phát minh ra một thiết bị đơn giản tạo ra

những lượng lớn điện tích, sau này nó trở nên nổi tiếng là máy tích điện.

1767 Joseph Priestley, mục sư người Anh và là người say mê khoa học, suy luận rằng

định luật của lực giữa các điện tích phải giống dạng như định luật nghịch đảo bình phương của Newton cho lực hấp dẫn. Cuốn Lịch sử và Hiện trạng của Điện học của ông được xuất bản, trong đó toàn bộ dữ liệu có sẵn trong lĩnh vực điện thời kì ấy đã được xem xét kĩ lưỡng.

1768 Johannes Wilcke biên soạn và xuất bản biểu đồ góc nghiêng do từ tính đầu tiên

bao gồm các phép đo từ khắp địa cầu.

1769 Nhà phát minh người Anh James Watt sáng kế ra động cơ hơi nước, một mẫu thiết

kế ông tiếp tục cải tiến trong hai thập kỉ tiếp theo. Cỗ máy được khai thác muộn vào thế kỉ sau đó trong việc sản suất điện quy mô lớn.


1775 - 1799

Cuộc cách mạng công nghiệp, sau này lan ra khắp Bắc Mĩ và phần còn lại của châu Âu, bắt đầu diễn ra ở nước Anh trong khoảng thời gian này. Phong trào đã tạo ra một nhu cầu lớn đối với những những công nghệ và phát minh mới, những tiến bộ nền tảng trong ngành khoa học hàng năm.

Nhưng phần nào đó vì điện và từ học chưa được hiểu biết trọn vẹn, cho nên nhiều ý tưởng mà chúng ta xem là lạ lẫm ngày nay tiếp tục sinh sôi. Bác sĩ người Đức Anton Mesmer khẳng định ông có thể chữa nhiều chứng bệnh với một kiểu chữa vết thương bằng từ tính. (Các bác sĩ đã sử dụng sốc điện để điều trị cho bệnh nhân trong nhiều năm) Mặc dù công việc của ông bị lột trần bởi Benjamin Franklin và những người khác, nhưng sức hấp dẫn ở lí thuyết của ông tiếp tục tồn tại, làm phát sinh nhiều năm sau đó thuật thôi miên cũng như những phương pháp chữa lành vết thương bằng từ tính khác.

Bất chấp sự buộc tội thường xuyên của các lang băm, các nhà khoa học tiếp tục thực hiện những bước nhảy lớn. Đáng lưu ý nhất là một kĩ sư quân đội Pháp, người năm 1785 đã kết hợp một phát minh tài trí và việc sử dụng toán học để định lượng lực điện, nhờ đó chứng minh khẳng định của Joseph Priestley về định luật nghịch đảo bình phương của lực điện và lực từ, cái cân xoắn của Augustin de Coulomb gồm một thanh cách điện treo lơ lửng dưới một sợi dây, ở mỗi đầu của nó là một quả cầu. Trong các thí nghiệm của ông, Coulomb làm tích điện một trong các quả cầu, và sau đó mang cùng lượng điện tích cho quả cầu thứ ba. Khi ông đặt quả cầu thứ ba này ở gần quả cầu nhiễm điện kia, thì quả cầu nhiễm điện này sẽ bị đẩy ra. Khi đó Coulomb có thể đo khoảng cách mà quả cầu bị đẩy dịch chuyển. Bằng cách này, ông đã


thiết lập một công thức tính lực giữa hai điện tích bất kì cách nhau một khoảng nào đó. Đơn vị của lực tĩnh điện này được đặt tên ông.

Khoảng thời gian đó, một giáo sư phẫu thuật người Italy đang làm thí nghiệm với những cái chân ếch cắt ra (đồng thời với tử thi người), khảo sát một hiện tượng ông gọi là “điện sinh vật”. Qua một lần tình cờ trong phòng thí nghiệm, Luigi Galvani chú ý thấy một đầu que kim loại khi chạm vào cơ chân của ếch cắt ra làm cho chân ếch co giật. Sau khi loại trừ linh cảm ban đầu của ông rằng hành trạng này là do thời tiết, Galvani xem nó là một bằng chứng của một loại “chất lỏng” điện riêng biệt bẩm sinh ở động vật. (Nghiên cứu của ông đã truyền cảm hứng cho tác phẩm Frankenstein nổi tiếng của Mary Shelley)

Tất nhiên Galvani đã sai lầm. Chân ếch không tạo ra điện, mà dẫn nó giữa một loại kim loại mà chân đó tiếp xúc với loại kim loại kia ở đầu que nhọn. Nhưng sai lầm của ông rất có lợi, vì nó đưa đến khám phá rằng các dây thần kinh mang xung điện và khai sinh ra lĩnh vực điện hóa học. Nó cũng đã kích động Alessandro Volta, một người đồng hữu người Italy bị thuyết phục rằng Galvani không đúng, chứng minh ông ta đã sai. Ông đã chứng minh điều này rõ ràng nhất với việc phát minh ra cột volta.

1775 – 1799

1775 Nhà hóa học và vật lí người Anh Henry Cavendish phát triển khái niệm điện dung

và điện trở, mặc dù phần nhiều nghiên cứu của ông về điện không được công bố mãi cho đến cuối thế kỉ 19.

1775 Nhà vật lí người Italy Alessandro Volta phát minh ra máy phát tĩnh điện mà ông gọi

là máy tích điện. Tên gọi này cũng áp dụng cho một thiết bị tương tự do Johannes Wilcke sáng chế ra trước đó một thập kỉ.

1777 Giáo sư người Đức Georg Christoph Lichtenberg khám phá ra những hình ảnh khác

thường, sau này được gọi là hình Lichtenberg, có thể tạo ra bằng cách làm nhiễm điện các bào tử dương xỉ hoặc những chất bột mịn khác và sau đó quét chúng lên trên một bề mặt mang điện tích trái dấu.

1778 Anton Mesmer, một bác sĩ người Đức, đưa ra phương pháp chữa lành vết thương

bằng từ tính dựa trên lí thuyết của ông về từ sinh vật ở Paris sau khi bị cấm hành nghề ở Vienna.

1781 Nhà hóa học lừng danh Antoine-Laurent Lavoisier của nước Pháp chứng minh được

sự chuyển trạng thái của chất lỏng hoặc chất rắn thành chất khí mang lại sự nhiễm điện.


1785 Nhà vật lí Pháp Charles-Augustin de Coulomb chế tạo ra một cái cân xoắn và mang

lại bằng chứng định lượng của định luật nghịch đảo bình phương của lực điện và lưc từ do Joseph Priestley lí thuyết hóa trước đấy 20 năm.

1785 Martin Van Marum người Hà Lan chế tạo ra một máy phát tĩnh điện cải tiến lớn,

mạnh hơn nhiều, chưa từng được chế tạo ra trước đó và đã tiến hành nhiều thí nghiệm đa dạng với điện.

1787 Giáo sĩ Abraham Bennet trình bày hai thiết bị quan trọng trên tờ Kỉ yếu Triết học,

một dùng để phát hiện ra điện (điện nghiệm lá vàng) và một dùng để tăng cường điện tích qua sự cảm ứng (bộ nhân điện).

1791 Giáo sư nối tiếng ở trường Đại học Bologna, Luigi Galvani, báo cáo những quan sát

của ông thực hiện trong tiến trình hơn 11 năm trời về tác dụng của đầu nhọn kim loại lên cơ chân của con ếch cắt ra trong bài báo De Viribus Electricitatis in Motu Musculari Commentarius (“Bàn về tác dụng của Điện lên chuyển động cơ”). Ông đã gán sai lầm cho sự co giật cơ mà ông nhìn thấy là một lực bẩm sinh ông đặt tên là điện sinh vật.

1796 Khi thực hiện các thí nghiệm với các kim loại đặt trong miệng của ông tương tự như

các thí nghiệm của Johann Sulzer, nhà vật lí Italy Alessandro Volta ban đầu tin rằng ông đang trải nghiệm tác động của điện sinh vật, nhưng sau đó ông nhận thấy ông có thể tạo ra dòng điện trong sự vắng mặt của mô động vật bằng cách sử dụng một miếng bìa cứng tẩm nước muối thay cho lưỡi của ông. Vì vậy, ông suy ra rằng hiệu ứng đó được kích thích bởi sự tiếp xúc hai kim loại khác nhau với một vật ẩm.


1800 - 1819

Thế kỉ 19 bắt đầu với một phát minh ngoạn mục: chiếc pin đầu tiên, sáng kiến của nữ thần báo ứng của Luigi Galvani, Alessandro Volta. Nhiều đột phá khoa học đã xuất hiện trong những thập niên sau đó là ứng dụng, cải tiến hoặc thậm chí là những khám phá được truyền cảm hứng bởi dụng cụ của Volta.

Vinh quang của Volta có thể được ghi nhận, một phần, nhờ sự thất bại của Galvani. Trước hết, nghi ngờ lí thuyết của Galvani về “điện sinh vật” là sai, và sau đó tin chắc vào điều đó, Volta đã bác bỏ lí thuyết đó một cách dứt khoát với phát minh ra cột volta. Volta nhận ra rằng khi hơi ẩm có mặt giữa hai kim loại khác nhau, thì dòng điện có thể được dẫn. Và ông nhận ra rằng bạn càng có nhiều lớp đó thì bạn có thể làm phát ra điện nhiều hơn. Cột của ông gồm các lớp bạc và kẽm, với các miếng giấy tẩm nước muối ở giữa.

“Cơ quan điện nhân tạo” này, như nhà phát minh gọi nó, là thiết bị đầu tiên tạo ra và duy trì dòng điện và tạo ra dòng điện qua một phản ứng hóa học. Là một tiến bộ lớn so với các máy phát tĩnh điện, nó đã mở ra cánh cửa cho tất cả những loại ứng dụng khác. Thuật ngữ volt, một số đo của dòng điện, được đặt tên để ghi nhận thành tựu của Volta.

Chỉ hai năm sau thành tựu của Volta, nhà triết học người Italy Gian Domenico Romagnosi đang làm thí nghiệm với chiếc pin mới thì ông thấy nó làm lệch một cái kim từ tính. Mặc dù ông đã nhận ra bản chất đáng kinh ngạc của khám phá của ông – một liên hệ giữa điện và từ - và một tờ báo Italy đã báo cáo nó, nhưng tin tức chẳng hiểu sao đã thất bại không gây được sự chú ý của cộng đồng khoa học. Tuy vậy, 17 năm sau, một người Đan Mạch sẽ có mặt cùng khám phá đó, và đi vào lịch sử nhờ khám phá đó.


Các nhà phát minh hăng hái làm việc tìm kiếm các ứng dụng cho dòng điện mà Volta vừa khai thác được. Một trong những phương tiện ứng dụng đầu tiên là bóng đèn, và từ đầu đến giữa thế kỉ 19, hai loại đèn điện, đèn hồ quang và đèn nóng sáng, đã được phát triển. Đèn hồ quang cấp nguồn bằng pin xuất hiện trước, và nhà hóa học người Anh Humphry Davy đã chứng minh được một nguyên mẫu sơ khai cho Viện Hoàng gia London vào năm 1810. Tuy vậy, những bóng đèn này không trở thành thực tiễn cho đến khi máy phát điện xuất hiện, và bị lấn át bởi sự thống trị của các đèn nóng sáng.

1800 – 1819

1800 Nhà vật lí Italy Alessandro Volta công bố trước Hội Hoàng gia London phát

minh của ông ra nguồn điện liên tục đầu tiên và là tiền thân của pin, cột volta, ông chế tạo bằng cách xếp xen kẽ các lớp bạc, giấy bìa cứng ẩm, và kẽm và nối lớp bạc và lớp kẽm đặt ở hai đầu đối diện của cột với một dây dẫn.

1800 Không bao lâu sau công bố của Volta về cột volta, nhà hóa học William

Nicholson và nhà phẫu thuật Anthony Carlisle đã chế tạo được phiên bản Anh đầu tiên của dụng cụ và phát hiện thấy dòng điện mà nó tạo ra có thể phân tách nước thành hai chất khí, hydrogen và oxygen.

1802 Johann Wilhelm Ritter, nhà vật lí Đức, phát minh ra pin khô, không bao lâu sau

đó là pin dự trữ điện (1803).

1802 Luigi Valentino, một học trò của Alessandro Volta, lần đầu tiên sử dụng cột volta

để mạ điện.

1802 Ở Italy, Gian Domenico Romagnosi phát hiện ra một mối liên quan giữa điện và

từ khi ông quan sát thấy một cột volta làm lệch một kim từ tính. Lời giải thích cho khám phá của ông xuất hiện trên một tờ báo Italy nhưng không được đa số cộng đồng khoa học chú ý tới.

1806 Nhà hóa học Anh Humphry Davy khẳng định chắc chắn trong một bài giảng rằng

hiện tượng điện phân có thể sử dụng để phá vỡ tất cả các hợp chất thành các nguyên tố của chúng và sau đó sử dụng quá trình đó tách thành công được natri, kali và các kim loại kiềm thổ.

1810 Humphry Davy trình diễn đèn hồ quang điện carbon trước các thành viên của

Viện Hoàng gia London, một dạng đèn điện không trở thành thực tiễn cho công


dụng phổ biến mãi cho đến hơn nửa thế kỉ sau này.

1813 Nhà khoa học Pháp Siméon-Denis Poisson công bố phương trình của ông cho

điện thế, là một sự hiệu chỉnh của một phương trình phát triển trước đó bởi người đồng bào của ông, Pierre-Simon LaPlace và vạch ra mối liên hệ giữa sự phân bố điện tích và điện thế.


1820 - 1829

Một cách tình cờ sau bước chân của nhà triết học Italy Gian Domenico Romagnosi, Hans Christian Ørsted trở thành nhà khoa học thứ hai phát hiện ra mối tương quan của điện và từ. Tháng 4 năm 1820, nhà vật lí và hóa học người Đan Mạch theo thuật lại đã có một bài giảng về điện khi ông chú ý thấy kim của một la bàn gần đó tự sắp nó vuông góc với một dây dẫn mang dòng điện. Nghiên cứu sau đó của ông không đưa đến tận cùng của cái ông đã nhìn thấy, nhưng ông sớm công bố khám phá của ông trước thế giới, lần này đã hiểu được tầm quan trọng của nó. Thật vậy, tin tức của Ørsted đã gây ra một cơn chấn động trong cộng đồng khoa học, cho ra đời lĩnh vực điện từ học và đặt nền tảng cho đột phá mang tính lịch sử của Michael Faraday và James Clerk Maxwell sau này trong cùng thế kỉ.

Ngay sau báo cáo của Ørsted, các nhà khoa họ lao vào khảo sát những hàm ý của nó. Các thành viên của Viện Hàn lâm Khoa học Pháp – trong đó có André-Marie Ampère, François Arago, Siméon-Denis Poisson và Jean-Baptiste Biot – đặc biệt hăng hái nhất. Ampère nhanh chóng đưa ra một lí thuyết chứng minh các dây dẫn song song mang dòng điện chạy cùng chiều hút lẫn nhau, còn các dây dẫn song song sẽ đẩy nhau nếu dòng điện của chúng chạy theo chiều ngược nhau. Sự hiểu biết sâu sắc của Ampère đã làm phát sinh lĩnh vực điện động lực học; và tên của ông, tất nhiên, đã được đặt tên cho đơn vị ampe.

Arago quan sát thấy mạt sắt không bị từ hóa tạo thành một vòng tròn xung quanh một dây dẫn nếu nó mang dòng điện, nhưng không tạo ra vòng tròn đó khi dòng điện ngừng chạy. Biot, hợp tác với Félix Savart, đã thiết lập một định luật mang tên họ có thể tính được từ trường phát sinh bởi một dây dẫn mang dòng điện. Toàn bộ những thành tựu này xuất hiện chỉ trong vòng vài tháng sau khám phá của Ørsted..


Năm sau đó, một con người mà tên tuổi đã trở thành huyền thoại trong lĩnh vực điện từ học đã đưa ra những dấu ấn đầu tiên của ông. Nhà hóa học người Anh Michael Faraday, do Humphry Davy bảo trợ, phát hiện thấy dòng điện có thể tạo ra chuyển động quay, đưa ông đến chế tạo động cơ điện nguyên bản đầu tiên. Faraday để nó cho những người khác phát triển thành cỗ máy ngày càng phức tạp hơn, nhưng trong những thập kỉ tiếp sau đó, ông đã có những đóng góp không gì sánh nổi cho lĩnh vực điện từ học đang sinh sôi phát triển.

Giữa thập niên 1820, kĩ sư người Anh William Sturgeon sáng chế ra nam châm điện thực tiễn đầu tiên, có thể chịu được 20 lần sức nặng của riêng nó. Các nam châm điện ngày càng phức tạp và mạnh mẽ giữ vai trò quan trọng trong nghiên cứu lẫn các ứng dụng thực tiễn chưa từng có từ trước đến giờ.

Khoảng thời gian Sturgeon đang phát triển nam châm của ông thì nhà vật lí Đức Georg Simon Ohm chú ý thấy dòng điện tạo ra nhiệt. Nhiệt, ông ghi nhận, biểu thị sự cản trở đối với dòng điện. Từ đây ông suy ra rằng dòng điện biến thiên tỉ lệ trực tiếp với điện trở của dây. Ohm đã thiết lập một định luật biểu diễn mối quan hệ này giữa volt, ampe và điện trở là cơ sở của điện học. Cả định luật và đơn vị của điện trở mà ông mô tả đều được mang tên ông.

1820 – 1829

1820 Nhà vật lí và hóa học Đan Mạch Hans Christian Ørsted lưu ý trong một trong

những bài giảng của ông rằng kim từ tính của một la bàn tự sắp vuông góc với một dây dẫn mang dòng điện. Không giống như khám phá của Gian Domenico Romagnosi về cùng mối liên hệ đó giữa điện và từ gần hai thập kỉ trước, công bố


của Ørsted về sự kiện đã gởi cơn chấn động qua cộng đồng khoa học và dẫn đến một luồng gió thực nghiệm mới.

1820 Nhà toán học André-Marie Ampère, chỉ một tuần sau khám phá của Ørsted đã

bắt đầu phát triển một lí thuyết nhằm giải thích hiện tượng và chứng minh rằng các dây dẫn song song với dòng điện chạy qua chúng hút lẫn nhau khi các dòng điện chạy cùng chiều, nhưng sẽ đẩy lẫn nhau nếu chúng chạy theo chiều ngược nhau.

1820 Xây dựng trên nghiên cứu của Ørsted, nhà vật lí Pháp François Arago tìm thấy

mạt sắt không bị từ hóa tự định hướng theo một vòng tròn xung quanh một dây đồng có dòng điện chạy qua như thể nó là một nam châm, nhưng sẽ phân tán ra khi dòng điện mất đi.

1820 Nhà toán học và vật lí Đức Johann Schweigger chế tạo cái ông gọi là bộ nhân

điện có thể khuếch đại đáng kể từ tính của một mạch điện. Bộ nhân Schweigger trở thành dụng cụ chính xác đầu tiên có khả năng phát hiện và đo những lượng rất nhỏ của điện, cuối cùng trở thành cái gọi là điện kế.

1820 Các nhà vật lí Pháp Jean-Baptiste Biot và Félix Savart thiết lập cái ngày nay gọi

là định luật Biot-Savart, có thể dùng để tính từ trường ở một khoảng cách cho trước tính từ một dòng điện là nguồn gốc sinh ra trường.

1821 Michael Faraday, một người thợ đóng sách cũ học việc khoa học dưới trướng

Humphry Davy, vẽ sơ đồ từ trường xung quanh một vật dẫn và lặp lại các thí nghiệm của Ørsted trong phòng thí nghiệm của ông ở Viện Hoàng gia. Ông phát hiện thấy dòng điện có thể tạo ra chuyển động quay, đưa ông đến chỗ chế tạo một trong những động cơ điện nguyên bản đầu tiên.

1822 Nhà vật lí Đức Thomas Johann Seebeck phát hiện thấy dòng điện chạy qua một

mạch điện gồm những chất dẫn khác nhau nếu như có sự chênh lệch nhiệt độ giữa các chất. Hiệu ứng nhiệt điện này ngày nay gọi là hiệu ứng Seebeck.

1822 Peter Barlow, nhà toán học và kĩ sư người Anh, chứng minh được một phiên bản

sơ khai của động cơ điện thường được gọi là bánh xe Barlow.

1822 André-Marie Ampère , nhà khoa học người Pháp, thiết lập định luật cơ bản của

ông cho mối quan hệ giữa từ trường và dòng điện là nguồn gốc của nó, tương tự như định luật Biot-Savart nhưng có dạng thức phức tạp hơn, sử dụng ngôn ngữ giải tích.


1824 Nhà khoa học Pháp Siméon-Denis Poisson đưa ra khái niệm thế từ vô hướng.

1824 Nhà khoa học và chính khách người Pháp François Arago phát hiện ra chuyển

động quay từ tình, một kim từ tính lơ lửng trên một cái đĩa sẽ quay tròn khi cái đĩa quay tròn.

1825 Kĩ sư người Anh William Sturgeon phát triển và trưng bày nam châm điện thực

tiễn đầu tiên, nó đủ mạnh để nâng được 20 lần trọng lượng của nó.

1827 Trong bài báo của ông về từ học, Joseph Henry, giáo sư toán học người Mĩ, mô

tả một vài thành tựu mà ông đã thực hiện để nam châm điện và các dụng cụ khác được sử dụng trong các cuộc thao diễn điện từ tạo ra những hiệu ứng nổi dễ thấy hơn.

1827 Nhà vật lí Đức Georg Simon Ohm xuất bản cuốn Die galvanische Kette,

mathematisch bearbeitet (Khảo sát mạch điện về mặt toán học). Chuyên luận có một lời giải thích của ông về các lí thuyết điện từ và có tất cả các thành phần của định luật Ohm.

1828 Nhà toán học và vật lí người Anh George Green mở rộng các phép tính điện và

từ của Siméon-Denis Poisson, đưa ra thuật ngữ thế, và giải thích cái ngày nay gọi là định lí Green trong tác phẩm Bài giảng Ứng dụng phân tích toán học vào Lí thuyết điện và từ.

1828 Nhà côn trùng học người Mĩ Harrison Gray Dyar chế tạo một máy điện báo trong

đó tín hiệu điện được ghi lại qua phương tiện hóa chất dạng một vết bẩn trên giấy quỳ ẩm gây ra bởi sự phân li của acid nitric.


1830 - 1839

Mặc dù ý tưởng về máy điện báo đã ra đời từ giữa những năm 1700, nhưng trong thập niên này thì bản thân thiết bị này mới ra đời – chủ yếu nhờ phát minh gần đấy về nam châm điện. Một sự kiện quan trọng nữa góp phần mang lại công nghệ mới này là khám phá của nhà vật lí người Anh Charles Wheatstone rằng dòng điện chạy qua các dây dẫn dài với vận tốc lớn – khoảng 288.000 dặm mỗi giây. Mặc dù Wheatstone tính giá trị hơi lớn một chút – dòng điện, rốt cuộc, chẳng thể truyền đi nhanh hơn tốc độ ánh sáng – nhưng kết quả của ông là chính xác nhất tính từ trước đến bấy giờ. Máy điện báo tỏ ra là một dụng cụ định hình lịch sử, và nó đã làm sáng tỏ thậm chí với những người không phải nhà khoa học về tiềm năng to lớn của dòng điện khai thác được.

Trong thập niên này, chàng sinh viên nghệ thuật người Mĩ Samuel Morse trở nên hứng thú với ý tưởng máy điện báo. Ông biết rõ nhu cầu cho một dụng cụ như vậy: Trong lúc đi ra nước ngoài, ông chỉ hay tin vợ ông mất sau vài tuần vì thực tế chẳng có cách nào đưa tin đến ông nhanh hơn được. Morse đã phát triển một nguyên mẫu của dụng cụ, cũng như một bộ mã đặc biệt biến đổi các kí tự thành các vạch và các chấm.

Năm 1833, những người Đức Carl Friedrich Gauss và WilhelmWeber đã xây dựng một đường truyền điện báo, trải dài gần một dặm trong thành phố Göttingen. Vài năm sau đó, ở nước Anh, Wheatstone hợp tác với nhà doanh nghiệp William Cooke trình diễn máy điện báo hoạt động đầu tiên ở đất nước này, chiếc máy tiếp tục cạnh tranh (trong cuộc đua dài kì, không thành công) với phát minh của Morse. Thiết bị Wheatstone-Cooke có một thiết bị nhận với năm kim từ tính cố định với một mạng lưới kí tự. Dòng điện làm cho các kim chỉ vào những kí tự mong muốn để đọc ra tin nhắn.


Những tiến bộ khác trong việc áp dụng điện cũng được thực hiện trong thời gian này. Nhà hóa học Anh John Daniell đã đưa cột volta tiến thêm một bước nữa, phát triển một chiếc pin không-sạc điện sơ khai – pin Daniell – cung cấp một dòng điện duy trì liên tục. Các mẫu động cơ điện, cuối cùng đã làm thay đổi cách thức con người đi lại, làm việc và sinh sống, đã được phát triển. Người Mĩ Thomas Davenport đã thiết kế ra một động cơ đủ mạnh để chạy một xe lửa điện.

Tuy nhiên, thành tựu nổi bật nhất trong lĩnh vực điện và từ là do Michael Faraday thực hiện. Thật ra không phải một thành tựu, mà là nhiều. Trong thời kì này, Faraday đã thiết lập định luật điện phân, nghĩ ra khái niệm hằng số điện môi và phát hiện ra cái trở nên nổi tiếng là khoảng tối Faraday. Ông cũng đưa ra lí thuyết tổng quát của ông về điện, bác bỏ quan điểm được chấp nhận lâu dài rằng nó là một loại chất lỏng theo quan niệm nó là một lực “truyền từ hạt sang hạt”.

Tuy nhiên, có lẽ nổi tiếng nhất, Faraday vào năm 1831 đã phát hiện ra các nguyên lí đặt nền tảng cho hai công cụ chủ chốt của điện ứng dụng: cảm ứng điện từ, đưa đến máy biến áp, và cảm ứng từ-điện, đưa đến máy phát điện. Định luật cảm ứng của ông là một trong những đóng góp xuất sắc nhất của ông cho khoa học.

Faraday nhận ra sự cảm ứng điện từ với phát minh của ông ra “vòng cảm ứng”, gồm hai dây dẫn quấn xung quanh một mẩu sắt hình bánh rán. Một dây gắn với một điện kế. Khi Faraday gắn dây thứ hai với một chiếc pin, dòng điện thu được cũng đi qua sợi dây thứ nhất, không gắn với nó, như ghi nhận trên điện kế.

Để khám phá ra sự cảm ứng từ-điện, Faraday sáng tạo ra cái trở nên nổi tiếng là đĩa Faraday. Ông gắn hai sợi dây qua một tiếp xúc trượt với một đĩa đồng. Khi ông quay nó giữa các cực của một nam châm hình móng ngựa, ông tạo ra được một lượng nhỏ dòng điện một chiều.


Sau khi sáng tạo ra động cơ điện thô đầu tiên, Faraday để cho những người khác đưa vào sử dụng thực tế kiến thức mới này. Năm sau đó, nhà phát minh người Pháp Hippolyte Pixii đã cải tiến cái đĩa, chế tạo ra máy phát điện xoay chiều đầu tiên, còn gọi là dynamo, biến chuyển động quay cơ học thành một dòng điện biến thiên. Không lâu sau, ông đã cải tiến mẫu thiết kế này với một cơ chế bật mở (cái chuyển mạch) biến đổi xoay chiều thành một chiều.

1830 – 1839

1830 Nhà khoa học Scotland-Mĩ Joseph Henry đề xuất việc chế tạo một máy điện báo sử

dụng một đường truyền với một nam châm điện nối với một đầu có thể điều khiển ở đầu bên kia.

1831 Nhà hóa học và vật lí Anh Michael Faraday quan sát thực nghiệm thấy dòng điện

trong một mạch điện có thể kích thích dòng điện trong một mạch điện thứ hai khi dòng điện trong mạch thứ nhất biến đổi, cơ sở của định luật cảm ứng Faraday.

1831 Joseph Henry phát hiện ra nguyên lí tự cảm, và với mẫu nam châm điện cải tiến của

ông, ông đã nâng thành công hơn một tấn sắt.

1831 Trong chuyến thám hiểm Bắc Cực, nhà thám hiểm người Anh James Ross và người

bác của ông, ngài John Ross, đã định vị bằng vật chất cực từ phía bắc của Trái đất.

1832 Nhà khoa học Đức Paul Erman phát minh ra một từ kế đơn giản, sau đó ông sử

dụng nó trong cuộc khảo sát quy mô lớn đầu tiên của từ trường Trái đất.

1832 Samuel Morse lần đầu tiên hình thành nên mẫu máy điện báo của ông trên hành

trình từ Anh trở về Mĩ, nơi ông đang nghiên cứu nghệ thuật.

1832 Nhà sản xuất thiết bị người Paris, Hyppolyte Pixii, chế tạo ra một cỗ máy nhỏ, ngày

nay gọi là magneto, có khả năng tạo ra dòng điện xoay chiều.

1833 Michael Faraday thí nghiệm về điện hóa học và thiết lập các định luật điện phân của

ông.

1833 Các nhà khoa học Đức Carl Friedrich Gauss và Wilhelm Weber xây dựng một

đường điện báo ở Göttingen dài gần một dặm và sử dụng một điện kế làm máy


nhận.

1834 Nhà vật lí Pháp Jean-Charles Peltier phát hiện thấy một sự chênh lệch nhiệt độ có

thể được tạo ra bởi một dòng điện chạy qua một mạch điện gồm hai kim loại khác nhau nối với nhau tại hai chỗ tiếp xúc (hiệu ứng Peltier ngược với hiệu ứng Seebeck).

1834 Heinrich Friedrich Emil Lenz, nhà vật lí Đức, suy luận ra định luật trở nên nổi tiếng

là định luật Lenz, định luật tiên đoán hướng chạy của dòng điện cảm ứng.

1834 Carl Friedrich Gauss thành lập Hội liên hiệp Từ Göttingen, một mạng lưới các đài

quan sát từ, đa phần trong số chúng nằm ở châu Âu.

1834 Nhà vật lí Anh Charles Wheatstone sử dụng các gương quay để đo tốc độ của dòng

điện truyền qua gần tám dặm dây dẫn. Mặc dù tính toán của ông đã đưa ông đến chỗ sai lầm kết luận rằng dòng điện truyền nhanh hơn ánh sáng, nhưng thí nghiệm tài tình của ông đã sửa lại niềm tin phổ biến thời bấy giờ rằng dòng điện truyền đi tức thời.

1834 Người thợ rèn Mĩ Thomas Davenport chế tạo ra một động cơ điện tạo ra đủ năng

lượng để cấp nguồn cho một đầu máy xe điện mẫu nhỏ. Sau đó, ông sử dụng động cơ này cấp nguồn cho máy móc trong xưởng của ông.

1835 Carl Friedrich Gauss nghĩ ra định luật tĩnh điện nổi tiếng của ông, mặc dù nó không

hề được công bố mãi cho đến hơn 30 năm sau.

1836 Nhà hóa học Anh John Daniell phát triển một pin điện, ngày nay gọi là pin Daniell,

cung cấp hiệu quả một dòng điện duy trì liên tục cho sử dụng liên tục và là một cải tiến lớn so với pin volta.

1837 William Grove, nhà vật lí Anh, trở thành cha đẻ của pin nhiên liệu khi ông kết hợp

trên thực nghiệm oxygen và hydrogen tạo ra nước và điện, một quá trình ngược của phản ứng mà William Nicholson và Anthony Carlisle đã chứng minh hồi đầu thế kỉ 19.

1837 Michael Faraday phát triển khái niệm hằng số điện môi biểu diễn khả năng tương

đối của các chất điện môi chịu lại lực tĩnh điện.


1837 Nhà vật lí Pháp Claude-Servais-Mathias Pouillet phát minh ra điện kế tiếp tuyến, một cải tiến đáng kể trên một dụng cụ tương tự sáng tạo bởi Johann Schweigger trước đó 17 năm.

1837 Charles Wheatstone và William Cooke trình diễn máy điện báo hoạt động đầu tiên

ở nước Anh. Dụng cụ ban đầu của họ sử dụng một thiết bị nhận với năm kim từ tính, nhưng trước khi máy điện báo Wheatstone-Cooke được sử dụng về mặt thương mại, cần phải thực hiện một số cải tiến, trong đó có việc giảm số kim từ tính xuống còn một.

1838 Kĩ sư và nhà vật lí người Nga Moritz von Jacobi ở St. Petersburg chế tạo con tàu

đầu tiên chạy bằng điện và trình diễn nó cho Sa hoàng Nicholas I xem trên dòng sông Neva.

1838 Michael Faraday phát triển một lí thuyết tổng quát của điện bằng cách làm tương

thích mô hình đường cảm ứng từ của ông. Ông còn phát hiện ra cái thường được xem là khoảng tối Faraday ở gần cathode của một ống kiểu Crookes khi một dòng điện đi qua chất khí có mặt trong ống đã hút chân không một phần.


1840 - 1849

Trong thập niên này, các nhà khoa học cố gắng đào sâu kiến thức của họ về cách thức điện và từ hoạt động và tương quan với nhau. Định luật Joule, do nhà vật lí Anh James Prescott Joule thiết lập, ráp thêm một mảnh vào trò chơi ráp hình bởi việc giải thích mối quan hệ giữa dòng điện chạy qua một điện trở và nhiệt tỏa ra.

Nhà hóa học Michael Faraday tiếp tục công trình lí thuyết huyền thoại của ông, làm việc ở tốc độ khác thường. Ví dụ, năm 1845, ông phát hiện ra cái trở nên nổi tiếng là hiệu ứng Faraday (theo đó mặt phẳng phân cực của ánh sáng truyền qua thủy tinh bị ảnh hưởng bởi các đường sức từ, cho thấy từ tính và ánh sáng có liên quan nhau), được nhiều người xem là đóng góp lớn nhất của ông cho khoa học. Ông còn nhận ra một dạng mới của từ tính mà ông gọi là tính nghịch từ (trong đó các chất như thủy tinh bị đẩy yếu bởi nam châm). Trước đó, người ta tin rằng các tính chất từ chỉ tìm thấy ở một vài nguyên tố như sắt chẳng hạn. Faraday nhận ra rằng nó là một tính chất chia sẻ, ở mức độ khác nhau, bởi toàn bộ vật chất. Quan niệm này sau đó được khai thác trong công trình của các nhà vật lí William Thomson (sau này là ngài Kelvin) và James Clerk Maxwell.

Các nhà khoa học khác áp dụng trí năng của họ cho những nghi vấn lí thuyết, gồm nhà vật lí Đức Wilhelm Weber, người cố gắng (không thành công) mang gộp tất cả kiến thức hiện có về điện từ học vào một lí thuyết duy nhất (đơn vị của số đo từ thông đặt theo tên Weber). Người đồng bào của ông, Hermann von Helmholtz, trong số những thành tựu to lớn khác, đã phát triển một phát biểu về sự bảo toàn năng lượng ở mọi dạng thức của nó, kể cả tĩnh điện và từ học.


Một bước tiến lịch sử to lớn trong lĩnh vực điện từ học ứng dụng được thực hiện vào tháng 5 năm 1844, khi Samuel Morse gửi tin nhắn đầu tiên trên đường dây điện báo do chính quyền liên bang thuê, mới hoàn thành, giữa thủ đô Washington và Baltimore, MD. Ở Washington, Morse nhấn lên một phím điện báo, đập xuống một đĩa kim loại và khép kín một mạch điện. Dòng điện khi đó chạy qua dây dẫn đến máy nhận ở Baltimore. Ở đó, dòng điện đi qua một nam châm điện, tạo ra từ trường làm cho phím của máy nhận hút vào đĩa bên dưới nó. Khi khóa đập vào đĩa, nó kêu lớn, ở dạng mã Morse, người ta đọc một mã bip, “Chúa đúng là một người thợ rèn!”.

Sự hiểu biết nhiều dần của các nhà khoa học về điện và cách thức điều khiển nó đã được chứng minh trong thời kì này ở một dụng cụ đo được truyền bá và đặt tên của Charles Wheatstone. Cấu thành từ bốn điện trở, một chiếc pin và một điện kế, cầu Wheastone đo một điện trở chưa biết bằng cách cân bằng hai chân của một mạch cầu.

1840 – 1849

1840 Nhà vật lí Anh James Prescott Joule công bố một bài báo, Về sự sản sinh nhiệt bởi

dòng điện volta, trong đó ông mô tả lượng nhiệt sinh ra bởi một dòng điện (định luật Joule).

1841 Nhà phát minh Frederick de Moleyns ở nước Anh được cấp bằng sáng chế đầu tiên

cho bóng đèn nóng sáng.


1843 Nhà vật lí Anh Charles Wheatstone phổ biến một thiết bị dùng so sánh các điện trở sau này nổi tiếng là cầu Wheatstone, mặc dù nó được phát minh bởi Samuel Christie.

1844 Đường điện báo chính thức đầu tiên, xây dựng với sự tài trợ của Quốc hội Mĩ,

hoàn thành ở nước Mĩ và tin nhắn đầu tiên được gửi đi bởi nhà phát minh của nó, Samuel Morse.

1845 Nhà vật lí Đức Gustav Kirchhoff đưa các định luật của ông về mạch điện, chúng

được đặt tên ông để tôn vinh ông.

1845 Nhà hóa học Anh Michael Faraday quan sát thấy mặt phẳng phân cực của ánh

sáng truyền qua thủy tinh bị ảnh hưởng bởi các đường sức từ, một dấu hiệu rõ ràng cho thấy từ và ánh sáng có liên quan nhau. Hiện tượng được Faraday tạo ra bằng thực nghiệm thường được gọi là hiệu ứng Faraday hoặc chuyển động quay Faraday.

1845 Michael Faraday phát hiện ra một dạng không được nhận ra trước đó của từ tính ở

bismuth, thủy tinh và một số chất liệu khác ông đặt tên là chất nghịch từ.

1845 Nhà vật lí và toán học Franz Neumann ở Đức công bố những suy luận của ông về

các định luật toán học cho sự cảm ứng của dòng điện.

1846 Michael Faraday đề xuất trong một bài luận ngắn rằng ánh sáng có thể là một hiện

tượng điện từ.

1846 Nhà vật lí Đức Wilhelm Weber nỗ lực hợp nhất các kết quả phân tích và thực

nghiệm của André-Marie Ampère, Michael Faraday và những người khác trong sự phát triển của ông về một lí thuyết điện từ bao hàm các lực giữa các hạt tích điện đang chuyển động. Mặc dù lí thuyết của ông sau này bị coi thường, nhưng công trình của Weber đã đi trước nhiều tiến bộ khác trong lĩnh vực lí thuyết điện từ.

1847 Wilhelm Weber đưa ra ý tưởng tính nghịch từ đơn giản là một ví dụ của định luật

Faraday tác động lên các mạch điện phân tử và đề xuất rằng tính nghịch từ tồn tại trong các chất thuận từ và sắt từ nhưng bị che ẩn do cường độ tương đối của các dòng điện phân tử vĩnh cửu mà nó có.

1847 Hermann von Helmholtz, nhà vật lí và bác sĩ người Đức, đọc bài báo của ông Về

sự bảo toàn lực trước Hội Vật lí ở Berlin, đưa ra một trong những lời giải thích


sớm nhất và rõ ràng nhất về nguyên lí bảo toàn năng lượng chi phối năng lượng tĩnh điện, năng lượng từ, năng lượng hóa học và tất cả các dạng năng lượng khác.


1850 - 1869

Khi cuộc cách mạng công nghiệp đặt ra nhu cầu có những nguồn năng lượng và ánh sáng tốt hơn vào giữa thế kỉ 19, các nhà phát minh và doanh nghiệp đã lao động vất vả để cung cấp chúng. Năm 1853, công ti Alliance được thành lập ở Paris và bắt đầu sản suất máy phát điện phát triển dần trong năm. Năm 1858, ánh chói của ngọn hải đăng điện đầu tiên chiếu sáng các vách đá Dover ở nước Anh, nhờ một cỗ máy “magneto điện” chạy bằng hơi nước và đèn hồ quang cải tiến.

Đột phá lớn nhất trong lĩnh vực điện học ứng dụng trong thời kì này đến từ Zénobe-Théophile Gramme. Chàng kĩ sư điện người Bỉ đã phát minh ra một cỗ máy ngày nay gọi là dynamo Gramme. Mẫu của ông là một máy phát ra dòng điện liên tục, thực tiễn với, như nó hóa ra như vậy, một chuyển động quay bất ngờ: Khi các dây dẫn của cỗ máy bị nối không chính xác trong lần trình diễn, máy phát bắt đầu chạy “ngược” – giống như một động cơ điện, biến đổi cơ năng thành dòng điện và rồi chuyển chúng trở lại thành cơ năng. Mặc dù cỗ máy của Gramme không phải là động cơ điện đầu tiên từng được chế tạo, nhưng nó là chiếc máy đầu tiên có tầm quan trọng thương mại, giúp đưa châu Âu và nước Mĩ tiến xa khỏi sức ngựa và động cơ hơi nước và tiến gần hơn đến việc sử dụng rộng rãi năng lượng điện.

Giữ một vai trò quan trọng trong sự phát triển của cáp điện báo là một nhà khoa học tài ba tên là William Thomson. Ông đã tự ghi danh mình vào lịch sử bởi việc phát triển một thang đo nhiệt độ tuyệt đối, và bắt đầu vào giữa thập niên 1850 đưa bản thân ông vào nghiên cứu cáp điện báo, trở thành giám đốc của Công ti Điện báo Đại Tây Dương. Ông đã lắp đặt thành công đường cáp xuyên đại dương, giành danh hiệu ngài Kelvin cho những nỗ lực của mình.


Thomson còn có những đóng góp quan trọng khác cho công nghệ, trong đó có công trình nghiên cứu đặt nền tảng cho lí thuyết dao động điện, hình thành nên cơ sở của điện báo không dây.

Ba năm sau đường cáp xuyên đại dương đầu tiên, đường điện báo xuyên lục địa đầu tiên đã được hoàn thành ở nước Mĩ, nối từ Omaha, Nebraska, tới Carson City, Nevada. Công nghệ đó, phát triển song hành với đường sắt, giữ vai trò quan trọng trong cuộc Nội chiến, làm thay đổi diện mạo của báo giới, khuyến khích khai hoang miền tây và xếp xó dịch vụ đưa tin bằng ngựa thồ cổ xưa.

Trí tuệ khoa học lỗi lạc của những năm tháng này là người Scotland James Clerk Maxwell, thường được nhiều người xem là nhà vật lí vĩ đại nhất của thế kỉ 19. Trong những năm tháng này, trí tuệ phi thường của ông đã sáng tạo ra công trình quan trọng nhất của nó. Áp dụng tài năng toán học của ông cho các kết quả của Faraday về điện và từ, Maxwell đã thiết lập chừng 20 phương trình về điện động lực học. Được nhà vật lí Oliver Heaviside cô đọng lại thành bốn phương trình sau khi Maxwell qua đời, “hệ phương trình Maxwell” được xem là một trong những thành tựu khoa học vĩ đại nhất của thế kỉ này. Mặc dù phải mất nhiều năm để những người đương thời của Maxwell nhận ra cái thần của các phương trình đó, nhưng chúng đã đặt nền tảng cho lí thuyết tương đối của Albert Einstein bốn thập kỉ sau này.

Qua nghiên cứu của ông về các phương trình, Maxwell nhận ra rằng sóng điện từ truyền đi ở tốc độ khoảng bằng như ánh sáng; do đó ánh sáng bản thân nó cấu thành từ sóng điện từ. Ông còn chứng minh qua chúng rằng lực điện và lực từ là hai khía cạnh bổ sung cho nhau của lực điện từ.

1850 – 1869

1850 Nhà khoa học Ireland-Scotland William Thomson (huân tước Kelvin) đưa ra khái

niệm sự nhiễm từ và độ từ thẩm.


1850 Bác sĩ người Pháp Guillaume Benjamin Armand Duchene công bố thông tin về

nghiên cứu lâu năm của ông về cơ mặt và sự biểu hiện cảm xúc của chúng, khám phá thực hiện từ việc áp dụng kích thích điện trực tiếp hoặc thông qua da.

1851 William Thomson (huân tước Kelvin) công bố lí thuyết tổng quát của ông về nhiệt

điện.

1852 Edward Sabine, nhà thiên văn người Anh, phát hiện ra một mối tương quan giữa

chu kì vết đen Mặt trời và hoạt động từ trường trên Trái đất.

1853 William Thomson (huân tước Kelvin) thu được công thức cho năng lượng từ và

phát triển một lí thuyết của mạch RLC.

1853 Nghiên cứu của nhà vật lí Đức Hermann von Helmholtz với điện và mô cơ đưa

ông đến chỗ công bố “Một số định luật về sự phân bố dòng điện trong vật dẫn với các ứng dụng cho các thí nghiệm trên điện động vật”. Công trình này có một luận chứng toán học của cái ngày nay gọi là định lí Thévenin về mạch điện.

1853 Công ti Alliance được thành lập ở Paris là một nhà sản suất máy phát điện, ban

đầu có xu hướng phục vụ cho các nhà nghiên cứu tiến hành công việc trong ngành điện hóa học.

1855 Nhà vật lí Scotland James Clerk Maxwell viết bài luận đầu tiên của ông liên quan

đến điện học, Về các đường sức của Faraday, trong đó ông liên hệ khái hiện đường sức của Faraday với dòng chất lỏng và sử dụng toán học giải tích để suy ra các phương trình cho hiện tượng điện và từ.

1856 Các nhà vật lí Đức Wilhelm Weber và Rudolf Kohlrausch đo được tỉ số của các

đơn vị tĩnh điện với điện từ và nhận thấy đại lượng đó tương tự giá trị của tốc độ ánh sáng được chấp nhận vào thời đó.

1857 Nhà vật lí Gustav Kirchhoff triển khai thêm công trình của những người đồng bào

Weber và Kohlrausch, chứng minh được tín hiệu điện từ có thể truyền đi trên các dây dẫn tốt ở tốc độ của ánh sáng.

1858 Julius Plücker, nhà vật lí và toán học người Đức, phát hiện thấy lực từ có thể bẻ

cong chùm tia cathode.


1858 Đường cáp điện báo xuyên đại dương được lắp đặt thành công xuyên đáy đại

dương, mặc dù nỗ lực trước đó đã thất bại. Chỉ sau sáu tuần, đường truyền mới lắp đặt đã ngừng hoạt động.

1858 Hệ thống chiếu sáng hồ quang thực tiễn đầu tiên được lắp đặt ở một ngọn hải đăng

ở nước Anh.

1859 Nhà vật lí Pháp Gaston Planté chế tạo ra pin sạc đầu tiên từ hai tấm chì cuộn thành

một hình trụ, nhúng trong dung dịch acid sulfuric loãng, và sau đó tích điện.

1861 James Clerk Maxwell công bố bài báo của ông Về các đường sức vật chất, trong

đó ông trình bày về các đường sức theo các thuật ngữ cơ học.

1861 Đường điện báo xuyên lục địa đầu tiên được hoàn thành ở nước Mĩ.

1861 Giáo sư vật lí người Đức Johann Philipp Reis mô tả trong một bài giảng một dụng

cụ điện do ông chế tạo ông đặt tên là cái điện thoại. Tuy nhiên, phát minh của Reis không thể tái tạo hiệu quả đa số âm thanh, trong đó có giọng nói con người, và chưa hề được ông đăng kí bằng phát minh hoặc phát triển thêm.

1864 Ủy ban các tiêu chuẩn điện của Hội Liên hiệp Anh vì sự tiến bộ của khoa học hoàn

thành một bản báo cáo định nghĩa các đơn vị của lực điện động và điện trở trên cơ sở mili mét, gram và giây (hệ mgs). Chưa đầy 10 năm sau đó, Hội đã đề nghị chuyển sang hệ centi mét, gram và giây (cgs).

1864 Toàn bộ hệ phương trình điện từ của James Clerk Maxwell xuất hiện trong bài báo

của ông Về một lí thuyết động lực học của Trường điện từ.

1866 Kĩ sư người Pháp Georges Leclanché phát minh ra pin khô mang tên ông và tiếp

tục được sử dụng rộng rãi, dẫu cho ngày nay ở dạng có cải tiến một chút.

1867 Nhà vật lí Đan Mạch Ludwig Lorenz phát triển độc lập một lí thuyết điện từ của

ánh sáng và chỉ ra rằng các phương trình Maxwell có thể suy ra từ các thế vector và thế vô hướng của ông, mặc dù ông không tán thành với niềm tin của Maxwell rằng ether là một môi trường cần thiết cho sự truyền ánh sáng.

1869 Zénobe-Théophile Gramme, một kĩ sư điện sinh ở Bỉ, phát minh ra một máy phát


điện dòng liên tục thực tiễn gọi là dyanmo Gramme, vài năm sau đó người ta tình cờ phát hiện nó có thể chạy ngược giống như một động cơ điện.


1870 - 1879

Thập kỉ này được đánh dấu bởi phát minh ra một dụng cụ sẽ làm cách mạng hóa sự truyền thông của loài người còn hơn cả điện báo. Năm 1876, Alexander Graham Bell phát minh ra điện thoại. Mặc dù Bell giành được phần lớn tiếng tăm và giải thưởng tài chính cho thành tựu đó, nhưng trong đó có phần đóng góp của những người khác, gồm người trợ lí của ông Thomas Watson, đối thủ cạnh tranh của ông Elisha Gray và các nhà phát minh ra các mẫu nguyên bản trước đó, bao gồm cả Johann Phillip Reis của nước Đức.

Các nghi vấn vẫn còn đó là Bell xứng đáng được tôn vinh bao nhiêu. Nhưng cuối cùng, tính nhạy bén phi thường trong kinh doanh của ông và kiến thức âm học đã đưa ông đến vinh quang trong sách vở lịch sử. Vào cuối thập niên 1870, sự mua bán điện thoại đầu tiên đã được thiết lập, cho phép người ta gọi điện cục bộ cho nhau với một người điều hành làm trung gian.

Một cuộc đua khác đang trên đường chạy trong thập niên này là phát minh ra một công nghệ quan trọng mới: một bóng đèn nóng sáng thực tế. Lúc này, đèn hồ quang đã được sử dụng làm đèn đường, đèn hải đăng và một số đèn thắp sáng trong nhà. Kĩ sư người Nga Paul Jablochkov đã phát triển một mẫu cải tiến vào năm 1876. Nhưng thế giới đang có nhu cầu loại bóng đèn tốt hơn, sáng hơn và hoạt động lâu hơn. Mặc dù bóng đèn nóng sáng đã được phát minh, nhưng không có mẫu thực tế nào tồn tại cả.

Tại tiền tuyến của cuộc giao tranh này là Thomas Edison của nước Mĩ và Joseph Swan của nước Anh. Swan đã bắt tay vào giải quyết vấn đề vào năm 1850. Năm 1879, cuối cùng ông đã chế tạo ra một bóng đèn nóng sáng thực tế sử dụng dây tóc sợi carbon làm từ cotton. Edison hoàn thành kì công tương tự ở bờ bên kia Đại Tây Dương trong cùng năm đó. Bóng đèn đầu tiên của Edison tồn tại chưa tới 14 giờ, nhưng trong vòng một năm ông đã kéo dài


thời gian sống của nó lên gần 100 lần bởi việc sử dụng dây tóc tre carbon hóa. Edison tiếp tục thương mại hóa thành công phát minh của ông ở nước Mĩ và hợp tác với kẻ kình địch cũ Swan thực hiện công việc tương tự ở nước Anh. Là một doanh nhân sắc sảo, Edison đăng kí phát minh của ông, củng cố nó với một hệ thống điện và mang nó ra thị trường. Trình diễn lớn đầu tiên của ông là lắp đặt đèn chiếu sáng trên con tàu hơi nước Columbia năm 1880.

Trong khi các nhà phát minh tôi luyện trực tiếp với những ứng dụng thực tiễn cho dòng điện, thì các nhà lí thuyết và nhà thí nghiệm làm việc cật lực nhằm tìm hiểu chính xác xem nó là cái gì. Năm 1874, nhà vật lí Ireland George Stoney đã thử xác định xem đơn vị nhỏ nhất của dòng điện là gì, ước tính điện tích trên hạt điện sau này ông đặt tên là “electron”.

Làm việc với các ống chân không, các nhà khoa học đã quan sát thấy một điện tích gửi qua nó từ điện cực âm (cathode) sang điện cực dương (anode) mang lại một ánh lóe sáng. Được đặt tên là tia cathode, hiện tượng này chưa được nhận ra là một dòng electron tự do. Làm việc với mẫu ống chân không của riêng ông (ống Crookes), nhà vật lí Anh William Crookes xác định thấy tia cathode truyền đi theo đường thẳng và có thể chặn lại bằng một miếng kim loại mỏng. Ông còn chứng minh được dòng điện chạy từ âm sang dương – đưa trở lại quan niệm sai lạc từ thời Benjamin Franklin.

Crookes không đúng hoàn toàn trong câu chuyện này. Ông tin rằng tia cathode gồm các hạt tích điện âm – điều đó hóa ra đúng – nhưng tin một cách sai lầm rằng ông đã phát hiện ra một trạng thái thứ tư của vật chất, thay vì một hạt hạ nguyên tử. Tuy vậy, nghiên cứu của ông đã lót đường cho J.J. Thomson thực hiện bước nhảy trí tuệ mang tính cách mạng vào cuối thế kỉ này.


1870 – 1879

1873 Nhà vật lí Scotland James Clerk Maxwell cung cấp một sự trình bày chi tiết lí

thuyết điện từ của ông trong cuốn sách của ông: Chuyên luận về Điện và Từ.

1873 Kĩ sư điện người Anh Willoughby Smith phát hiện ra tính quang dẫn khi ông quan

sát thấy selenium dẫn điện tốt hơn khi bị chiếu sáng.

1874 Nhà vật lí Ireland George Stoney ước tính điện tích trên hạt mang của dòng điện mà

sau này ông gọi là electron.

1875 Nhà vật lí John Kerr xứ Scotland phát hiện thấy dòng điện có thể cảm ứng trong

một chất trong suốt bằng cách thiết đặt một điện trường mạnh sao cho nó truyền ngang qua chùm ánh sáng, hiện tượng ngày nay gọi là hiệu ứng quang điện Kerr.

1876 Nhà vật lí Mĩ Henry Rowland chứng minh bằng thực nghiệm rằng một điện tích

đang chuyển động tương đương về mặt từ tính với một dòng điện.

1876 Nhà phát minh Alexander Graham Bell nhận bằng sáng chế Mĩ cho mẫu điện thoại

của ông, nó không giống mẫu sơ bộ của Reis có khả năng truyền tải thành công giọng nói con người và những âm thanh khác.

1876 Kĩ sư điện và nhà phát minh người Nga Paul Jablochkov phát triển một loại đèn hồ

quang cải tiến với một mẫu đơn giản gọi là nến Jablochkov, nó trở thành dạng đèn đường được ưa chuộng trong nhiều năm.

1879 Nhà vật lí Anh Joseph Swan, người phát minh ra đèn điện nguyên thủy vào năm

1860, chứng minh được một bóng đèn nóng sáng thực tiễn ở nước ông; nhà phát minh Thomas Edison thực hiện một sự trình diễn tương tự về đèn điện do ông phát minh ra độc lập ở nước Mĩ.

1879 Theo đề nghị của Henry Rowland, nhà vật lí Mĩ Edwin Hall thực hiện một thí

nghiệm trong khi làm luận án tiến sĩ của ông mang lại khám phá của ông ra hiệu ứng Hall, liên quan đến độ lệch thế tạo ra bởi một từ trường đặt vuông góc với một vật rắn mang dòng điện.


1880 - 1889

Vở kịch của thập niên này (trong chừng mực điện học được nói tới) là sự đối mặt giữa hai nhà phát minh, Thomas Edison và Nikola Tesla, và các phương tiện tương ứng của họ để phát điện và phân phối điện năng. Trong khi Edison đã chiến thắng trong cuộc đua “phát minh” ra bóng đèn nóng sáng vào thập niên 1870, thì ông và hệ thống điện một chiều (DC) của ông đã trở thành kẻ chiến bại trong “Chiến tranh Điện” vào thập niên 1880, như tranh luận giữa hai nhà phát minh cho thấy. Bất chấp tính cách mạnh mẽ, sự tinh thông thầu khoán và chiến dịch chơi xấu bẩn thỉu của ông, Edison vẫn không thể xuyên tạc ưu thế của điện xoay chiều (AC).

Edison đã giúp đảm bảo cho sự thành công của bóng đèn của ông bằng cách đồng thời cung cấp thiết bị DC để cấp điện cho nó. Năm 1882, ông khánh thành nhà máy điện thương mại đầu tiên trên thế giới ở thành phố New York. Nhà máy thủy điện đầu tiên khánh thành vài tuần sau đó ở Wisconsin, phát ra đủ điện DC để chạy hai nhà máy giấy. Nhưng điện DC có những thiếu sót của nó: Nó khó truyền đi những khoảng cách xa, vì dây dẫn ngổn ngang, và nó không hiệu quả và đôi khi nguy hiểm.

Năm 1881, Tesla, một chàng trai trẻ đến từ nơi khi ấy là Đế chế Áo-Hung đã hình thành trong đầu một giải pháp, được truyền cảm hứng bởi một bài thơ của Goethe: một động cơ cảm ứng sử dụng từ trường quay để tạo ra điện xoay chiều. Thợ điện người Mĩ William Stanley đã phát triển hệ thống điện AC đầu tiên năm năm sau đó, trong đó có máy biến áp đầu tiên, có thể làm tăng hoặc giảm điện áp ở những nơi khác nhau trên đường dây AC, làm cho việc truyền tải đi xa là có thể. Năm sau đó, Tesla, khi đó đã di cư sang Mĩ, đăng kí bằng phát minh cho hệ thống AC của riêng ông. Ý tưởng của ông thu hút sự chú ý của nhà doanh nghiệp và kĩ sư George Westinghouse, người đã mua quyền sử dụng bằng phát minh của ông. Bất chấp sự tuyên truyền ác liệt từ chiến dịch Edison, nhưng cuối cùng điện AC đã thắng thế. Nhà


máy thủy điện AC đầu tiên được thành lập ở Oregon năm 1889, và vào giữa thập niên 1890 sự thống trị của điện AC được đảm bảo bởi sự thành công của sự trình diễn chiếu sáng tại Hội chợ quốc tế Chicago và nhà máy điện AC đầu tiên ở thác nước Niagara.

Trong thời kì này, nhiều nhà khoa học đang nghiên cứu tác phẩm của James Clerk Maxwell huyền thoại. Một trong số họ là nhà vật lí Đức Heinrich Hertz, người muốn xem ông có thể làm ảo thuật với sóng điện từ mà Maxwell đã lí thuyết hóa hai thập kỉ trước đó hay không. Để làm việc này, Hertz nghĩ ra một mạch dao động (nếu các lí thuyết của Maxwell đúng) sẽ phát ra sóng điện từ. Hertz còn chế tạo một vòng kim loại với một khe nhỏ bên trong nó – một thiết bị nhận được thiết kế để dò tìm sóng truyền đi từ máy dao động. Khi mang vòng kim loại tới gần máy dao động, các tia lửa điện từ dòng điện nhảy qua khe ở trong vòng, chứng tỏ sóng điện gửi vào không gian có thể phát hiện ra được. Các thí nghiệm của Hertz còn cho thấy, giống như sóng ánh sáng, các sóng điện từ này có thể phản xạ và khúc xạ, và chúng truyền đi ở tốc độ bằng như ánh sáng, nhưng với bước sóng dài hơn (Hertz còn quan sát thấy trong những thí nghiệm này khi ánh sáng chiếu lên một mặt kim loại, các electron bị bật ra – hiệu ứng quang điện).

Cho nên Hertz là người đầu tiên phát và thu sóng vô tuyến, mặc dù ông không đặt tên chúng như vậy, ông cũng không lường trước được tiềm năng thực tiễn không thể tin nổi của chúng. Tuy nhiên, những người khác sẽ sớm định hình các khám phá của Hertz thành điện báo vô tuyến và radio. Cuối cùng thì cũng những nguyên lí đó đã dẫn đến truyền hình và radar. Các thành tựu của Hertz được viện dẫn mỗi khi tham khảo đơn vị đo lường của tần số sóng vô tuyến, đơn vị hertz.


1880 – 1889

1880 Nhà phát minh người Mĩ Thomas Edison lắp đặt hệ thống chiếu sáng điện thương

mại đầu tiên, thắp sáng thành công cho con tàu hơi nước Columbia.

1880 Nhà vật lí Đức Emil Warburg phát hiện thấy các chất sắt từ biểu hiện một hiệu ứng

trễ, một sự trễ trong sự cảm ứng từ của chất theo sau một sự thay đổi ở trường từ hóa.

1880 Ở nước Pháp, các nhà vật lí và là anh em Pierre và Paul-Jacques Curie chứng minh

bằng thực nghiệm sự phát ra điện trong các tinh thể nhất định chịu sức căng cơ học, một hiện tượng nhanh chóng trở nên nổi tiếng là hiện tượng áp điện.

1881 Nikola Tesla hình thành trong đầu ý tưởng khai thác các dòng điện biến thiên để tạo

ra từ trường quay.

1881 Nhà vật lí Đức Hermann von Helmholtz có một bài giảng ở London, trong đó ông

tranh luận rằng dòng điện chia thành các hạt sơ cấp giống như các nguyên tử.

1881 Đường xe điện công cộng đầu tiên, do Siemens Halske xây dựng ở gần Berlin,

khánh thành. Bảy năm sau, xe điện đầu tiên có mặt trình diễn ở Virginia. Năm 1890, đường xe điện ngầm đầu tiên bắt đầu phục vụ ở London.

1881 Đại hội Ngành điện quốc tế họp lần đầu tiên ở Paris công bố các định nghĩa và hệ

cgs do Hội Liên hiệp Anh đề xuất và còn giới thiệu hai đơn vị mới gọi là coulomb và farad.

1882 Nhà máy thủy điện đầu tiên được thành lập ở Appleton, Wisconsin.

1883 Kĩ sư Pháp Léon Charles Thévenin công bố một bài báo trong đó nêu lí thuyết

mạch điện mang tên ông, mặc dù thật ra nó đã được phát triển nhiều năm trước đó bởi Hermann von Helmholtz. Theo định lí Thévenin, bất kì tổ hợp nào của các nguồn điện áp và điện trở có hai cực đều có thể thay thế với một nguồn điện áp và một điện trở mắc nối tiếp.

1883 Hai nhà toán học người Anh, Oliver Heaviside và Horace Lamb, phát hiện thấy khi

tần số điện từ dọc một vật dẫn rắn tăng lên, thì dòng điện có xu hướng chạy gần bề mặt của vật dẫn, hiện tượng thường được gọi là hiệu ứng bề mặt.


1883 Trong khi làm thí nghiệm với một trong những bóng đèn nóng sáng của ông, Thomas Edison tìm thấy dòng điện có thể phát hiện chạy qua chân không từ dây tóc nóng sáng sang đĩa kim loại đặt bên trong bóng đèn. Mặc dù được gọi là hiệu ứng Edison, nhưng Edison không nghiên cứu thêm về hiện tượng, sau này nó trở thành cơ sở của các ống chân không được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp radiovà truyền hình trong nhiều năm.

1884 Nhà vật lí Anh John Poynting đưa ra định lí của ông về sự bảo toàn năng lượng

trong một trường điện từ.

1885 Johann Balmer, nhà toán học Thụy Sĩ, đưa ra một công thức theo lối kinh nghiệm

mang lại bước sóng của các vạch phổ hydrogen, gọi là Dải Balmer. Vài thập kỉ sau, Niels Bohr sẽ giải thích thành công tại sao công thức Balmer đúng với mô hình nguyên tử hydrogen của ông.

1886 Thợ điện người Mĩ William Stanley phát triển hệ thống điện xoay chiều (AC) đầu

tiên và giới thiệu máy biến áp.

1887 Nhà vật lí Đức Heinrich Hertz chế tạo ra một thiết bị phát và dò tìm sóng điện từ

tiên đoán bởi công trình của James Clerk Maxwell, trở thành người đầu tiên truyền và thu cái sau này gọi là sóng vô tuyến. Trong các thí nghiệm của ông với sóng điện từ, Hertz phát hiện ra hiệu ứng quang điện.

1887 Svante Arrhenius, nhà hóa học Thụy Điển, công bố một bài báo đề cập tới một dạng

tao nhã của lí thuyết của ông rằng các chất điện phân phân li thành các hạt tích điện (ion) cả trong sự vắng mặt của dòng điện, lí thuyết ban đầu ông phát triển vào năm 1883 như một phần của luận án tiến sĩ của ông.

1888 Nikola Tesla chứng minh được một động cơ điện xoay chiều (AC) thực tiễn ở Mĩ,

sau này nó trở thành sản phẩm thương mại qua sự hợp tác của ông với Công ti điện Westinghouse.

1888 Nhà máy thủy điện AC đầu tiên được xây dựng ở thành phố Oregon, bang Oregon.


1890 - 1899

Trong các thí nghiệm với ống tia cathode, nhà vật lí Đức Wilhelm Roentgen phát hiện ra một dạng trước đấy chưa biết thuộc bức xạ điện từ, tia X, có khả năng đi qua một số chất chắn sáng (kể cả các mô mềm của cơ thể) hấp thụ ánh sáng khả kiến. Khám phá đó đã làm cho ông nổi tiếng, làm thay đổi các lĩnh vực vật lí và y khoa và khơi nguồn cảm hứng ở những dạng thức khác có thể có của các tia điện từ.

Nhà vật lí Pháp Antoine-Henri Becquerel là một trong những người bị kích động bởi kết quả của Roentgen. Nghi ngờ sự lân quang (lóe sáng phát ra từ những chất nhất định sau khi bị phơi sáng) có thể có cái gì đó liên quan với tia X, ông bắt đầu khảo sát sự lân quang của các chất khác nhau, trong đó có muối uranium. Trong các thí nghiệm của ông, ông đã vấp phải sự phóng xạ tự nhiên, có thời người ta gọi đó là tia Becquerel.

Khám phá này đã mở ra một hướng thẩm tra hoàn toàn mới thu hút các nhà khoa học lỗi lạc nhất của thời đại, trong đó có Marie và Pierre Curie, Paul Villard và Ernest Rutherford. Trước khi chuyển thế kỉ, Rutherford xác định thấy “tia Becquerel” có thể chia thành cái ông gọi là tia alpha (sau này được nhận ra là hạt nhân helium) và tia beta (sau này được nhận ra là electron). Một thành phần thứ ba của phóng xạ (thuật ngữ do vợ chồng Curie đặt ra năm 1898), tia gamma, được nhận ra không bao lâu sau đó bởi Villard. Những khám phá này giúp định hướng Rutherford đến một mô hình mới mang tính cách mạng cho nguyên tử ghi nhận sự tồn tại của hạt nhân.


Các ngành khoa học ứng dụng đã thấy nhiều màn kịch trong thập niên này, với Nikola Tesla một lần nữa giữ vai trò hàng đầu. Ông đọ sức hệ thống điện AC của ông với hệ thống DC của Thomas Edison và đã chiến thắng. Giờ thì Tesla tự nhận thấy một kình địch khác, lần này với kĩ sư điện người Italy-Ireland Guglielmo Marconi. Cuộc tranh cãi xoay quanh “điện báo không dây”, một phương tiện truyền thông cuối cùng trở nên nổi tiếng là radio.

Nhờ nghiên cứu của James Clerk Maxwell và Heinrich Hertz, và những người khác, cả hai đều hiểu bản chất của sóng điện từ và biết chúng có thể được sử dụng để truyền thông trên những khoảng cách dài. Tuy nhiên, có những trở ngại kĩ thuật phải vượt qua, gồm việc làm thế nào phát ra tần số và điện áp đủ cao. Tesla giải quyết nan đề đó vào năm 1891 khi ông đăng kí phát minh cuộn dây Tesla, nó có thể sử dụng để truyền và nhận các tín hiệu vô tuyến mạnh khi được điều chỉnh cho cộng hưởng ở cùng tần số.

Hai người chạy đua đăng kí phát minh và đưa ra công nghệ mới. Marconi thắng cuộc lần thứ nhất khi ông được cấp bằng phát minh đầu tiên của thế giới cho điện báo không dây ở nước Anh. Một năm sau, ông thành lâp một công ti khai thác phát minh đó, còn Tesla đăng kí một bằng sáng chế ở Mĩ, được cấp bằng năm 1900. (Bằng phát minh này bị thu hồi vài năm sau đó do Marconi phản đối, cuối cùng sau đó được hồi phục năm 1943) Mặc dù kỉ lục vẫn không rõ ràng ai có thể truyền đi tín hiệu vô tuyến đầu tiên, nhưng cả hai người đều đã hoàn thành kì công trong thập kỉ này và tiếp tục truyền tín hiệu trên những khoảng cách ngày càng lớn. Tuy nhiên, Marconi làm việc nhiều hơn cho phát triển radio, và đã giành giải thưởng Nobel cho công trình này.

Trong khi cuộc chiến không dây đang diễn ra, thì một nhà vật lí Đan Mạch theo đuổi một tiến bộ khác trong ngành truyền thông. Sử dụng các dây thép từ hóa để ghi lại âm thanh, Valdemar Poulsen phát minh ra tiền thân của máy thu băng, một dụng cụ gọi tên là điện báo thoại.


1890 – 1899

1891 Nhà phát minh Nikola Tesla, một người di cư sang Mĩ, được cấp bằng phát minh

cho cuộn dây Tesla, dụng cụ giữ vai trò trong sự phát triển công nghệ thắp sáng, radio và những công nghệ khác.

1892 Nhà vật lí Hà Lan Hendrik Lorentz mở rộng và sửa đổi lí thuyết điện từ của James

Clerk Maxwell để phát triển thuyết electron của riêng ông, lí thuyết hóa ra đóng vai trò nền tảng cho thuyết tương đối của Albert Einstein.

1894 Nhà vật lí Anh J.J Thomson đo được tốc độ phát xạ tia cathode và thấy nó chậm

hơn đáng kể so với tốc độ của ánh sáng.

1895 Nhà vật lí Pháp Pierre Curie bảo vệ luận án của ông về từ học, gồm các kết quả

thực nghiệm của ông về ảnh hưởng của nhiệt độ lên tính thuận từ và phát biểu cái ngày nay gọi là định luật Curie.

1895 Trong các thí nghiệm với ống tia cathode, nhà vật lí Đức Wilhelm Roentgen phát

hiện ra một dạng trước đó chưa biết tới của bức xạ điện từ, tia X.

1895 Nhà máy thủy điện quy mô lớn đầu tiên, nằm ở Bắc Mĩ, tại thác nước Niagara, bắt

đầu phát điện.

1896 Kĩ sư điện người Mĩ-Đức, Charles Steinmetz, áp dụng toán học số phức vào phân

tích mạch điện.

1896 Pieter Zeeman, học trò của nhà vật lí Hà Lan Hendrik Lorentz, chứng minh được

rằng từ trường có thể tách vạch phổ của một nguồn sáng thành nhiều thành phần với những tần số khác nhau (hiệu ứng Zeeman).

1896 Nhà vật lí Pháp Antoine-Henri Becquerel lần đầu tiên quan sát thấy sự phóng xạ

tự nhiên.

1896 Nhà phát minh Italy-Ireland Guglielmo Marconi nhận bằng phát minh radio, một

dụng cụ cho phép truyền không dây các sóng điện từ.


1897 J.J Thomson tiến hành một vài thí nghiệm đưa ông đến kết luận rằng tia cathode gồm một dòng hạt tích điện âm nhỏ hơn nguyên tử, đẩy lùi niềm tin lâu nay rằng nguyên tử là không thể chia cắt.

1897 Nhà vật lí Đức Karl Braun phát minh ra dao động kí tia cathode, một phương tiện

hiển thị biểu diễn đồ thị của các tín hiệu điện từ. Ống tia cathode mà dụng cụ đó chứa cuối cùng phát triển thành các loại hiển thị điện từ khác, trong đó có màn hình thu ti vi.

1898 Nhà vật lí Đức Wilhelm Wien xác định cái gọi là “tia ống” do người đồng bào của

ông Eugene Goldstein phát hiện năm 1886 là tương đương tích điện dương của tia cathode.

1898 Valdemar Poulsen, kĩ sư Đan Mạch, phát minh ra điện báo thoại, một dụng cụ ghi

từ sơ khai được thiết kế để ghi lại những cuộc đàm thoại điện thoại.

1898 Ernest Rutherford, nhà vật lí quê New Zealand, chỉ rõ tia mà Becquerel phát hiện

phát ra từ uranium (1896) gồm hai dạng bức xạ riêng biệt, ông đặt tên là tia alpha và tia beta.

1899 Waldmar Jungner, người Thụy Điển, chế tạo ra pin nickel-cadmium có thể sạc

được.


1900 - 1909

Bình minh của thế kỉ 20 đã mang đến những cái nhìn mang tính bước ngoặc cho ngành vật lí thu được những sự thay đổi sâu sắc ở cách thức con người lĩnh hội và sống trong thế giới. Các nhà khoa học đã vứt bỏ quan niệm nguyên tử không thể chia cắt, thu được một sự hiểu biết mới về vật chất và năng lượng và bắt đầu thấy, ở cấp độ nguyên tử, vật lí học là một quả bóng trò chơi hoàn toàn mới có ít thứ chung với cơ học cổ điển. Lĩnh vực cơ học lượng tử ra đời.

Năm 1900, nhà vật lí Đức Max Planck công bố một lí thuyết đề xuất rằng các nguyên tử không giải phóng năng lượng của chúng theo một dòng liên tục, như các nhà khoa học vẫn nghĩ, mà ở từng lượng gián đoạn ông gọi là lượng tử. Nó là một ý tưởng cấp tiến, nhưng Planck đã không nhận ra phạm vi và hàm ý thật sự của nó, và trong nhiều năm cũng chẳng có người đương thời nào của ông nhận ra điều đó.

Cần đến thiên tài của Albert Einstein để lĩnh hội các hệ quả của ý tưởng của người đồng hương của ông. Nắm bắt quan niệm của Planck và làm việc với nó, Einstein, lúc ấy đang làm việc ở một phòng cấp bằng sáng chế Thụy Sĩ, đã phát triển một lí thuyết ấn định ánh sáng vừa là sóng vừa là hạt. Quan niệm khác thường này, đã làm sửng sốt các nhà vật lí đồng bạn của Einstein, cho rằng ánh sáng cấu thành từ các lượng tử (sau này gọi là photon), nhờ đó giải thích cho hiệu ứng quang điện, trong đó ánh sáng làm thoát electron ra khỏi kim loại.

Cũng trong “năm huyền diệu” 1905 này, Einstein đưa ra lí thuyết tương đối đặc biệt của ông. Với phương trình nổi tiếng E = mc2, lí thuyết đã giải được mối quan hệ giữa thuyết điện từ và chuyển động bình thường, đưa đến một quan niệm cấp tiến rằng khối lượng và năng lượng là một và như nhau.

Nhiều người khác đã làm sáng tỏ những viên gạch cấu trúc cơ bản của vật chất. Nhà vật lí Đức Philipp Lenard, dựa trên nghiên cứu tia cathode của ông, đề xuất rằng đa phần của một nguyên tử là không gian trống rỗng, với khối lượng của nó chiếm một phần trăm rất nhỏ thể tích của nó. Trong thí nghiệm giọt dầu tài tình của ông, nhà vật lí Mĩ Robert Millikan tính ra điện tích của một electron với độ chính xác cao hơn bao giờ hết. Nhà vật lí Đức Hans Geiger làm chuyển hướng lĩnh vực nghiên cứu với nguyên mẫu của một cái buồng chuyên dụng để đếm các hạt bức xạ.

Trong nghiên cứu của ông về từ học, nhà vật lí Pháp Pierre-Ernest Weiss đã phát triển một lí thuyết cấu trúc miền gọi là lí thuyết trường trung bình. Weiss cho rằng các nguyên tử trong các chất sắt từ như sắt và nickel (không giống các nguyên tử trong các chất thuận từ) tự nhóm chúng lại thành các “miền”, bên trong đó chúng chia sẻ cùng sự định hướng từ. Khi các chất này tiếp xúc với một từ trường mạnh, các miền định hướng theo hướng khác thẳng hàng với trường ngoài.


Mọi người bình thường không có kiến thức vật lí nhìn thấy điện và từ học bắt đầu làm thay đổi cuộc sống của họ. Ngày càng có nhiều ứng dụng được phát minh để khai thác dòng điện, bao gồm, trong những năm đầu của thế kỉ mới, máy hút bụi, lò nướng bánh, đèn flash và sắt. Các nhà phát minh tiếp tục phát triển radio, vẫn ở dạng trứng nước của nó. Ngành công nghiệp vận tải biển được kế tục bởi “điện báo không dây” cho việc truyền tín hiệu ở dạng mã Morse. Năm 1906, kĩ sư Mĩ Lee De Forest chế tạo ra ống ba điện cực (triode) có thể phát hiện tín hiệu không dây tốt hơn các thiết bị hiện có. Cuối năm đó, lần đầu tiên các thính giả say sưa nghe được giọng nói con người và phát thanh âm nhạc trên vùng “không dây”. Tuy nhiên, mãi cho đến thập niên 1920 thì phát thanh radio mới thật sự phát lên khỏi mặt đất.

1900 – 1909

1900 Đôi vợ chồng nhà vật lí người Pháp Pierre và Marie Curie tạo ra bằng chứng cho

thấy tia beta là một dạng bức xạ giống hệt như tia cathode.

1900 Nhà vật lí Đức Max Planck đưa ra định luật bức xạ của ông, hằng số vật lí cơ bản

mang tên ông, và khái niệm lượng tử năng lượng của ông.

1901 Sau hàng nghìn thí nghiệm, nhà phát minh người Mĩ Thomas Edison phát triển

thành công pin tích trữ nickel-kiềm.

1902 Sau các báo cáo của Guglielmo Marconi về sự truyền tín hiệu vô tuyến xuyên Đại

Tây Dương (1901), Oliver Heaviside của nước Anh phỏng đoán rằng một lớp dẫn điện nằm trên tầng cao khí quyển của Trái đất cho phép các sóng này truyền đi những khoảng cách trải rộng ra bất chấp sự cong của hành tinh. Ở nước Mĩ, kĩ sư điện Arthur Kennelly đã độc lập đi đến cùng kết luận đó và tầng khí quyển giả thuyết được gọi là lớp Kennelly–Heaviside hay tầng điện li.

1903 Nhà vật lí Đức Philipp Lenard đề xuất rằng đa phần khối lượng của nguyên tử

được giữ trong chỉ một phần nhỏ của thể tích nguyên tử dựa trên các kết quả của thí nghiệm tán xạ electron ông thực hiện với ống Crookes và những lá kim loại mỏng.

1903 Wilhelm Einthoven, nhà sinh lí học người Hà Lan, phát minh ra một dụng cụ gọi

là điện kế Einthoven cho phép ông tạo ra bản điện tâm đồ đầu tiên, một bản ghi đồ thị của hoạt động điện của trái tim.

1903 Kristian Birkeland, người Na Uy, đưa ra khái niệm bão từ địa cực, một dạng nhiễu

từ cục bộ, cường độ mạnh đi cùng với cực quang.


1903 Tua bin khí thành công đầu tiên được xây dựng ở nước Pháp.

1904 Hendrik Lorentz phát triển một bộ phương trình gọi là các phép biến đổi Lorentz

trong nỗ lực của ông nhằm giải thích các kết quả của thí nghiệm Michelson-Morley tìm kiếm bằng chứng của ether được cho là tràn ngập bầu khí quyển. Các phương trình của nhà vật lí Hà Lan này sẽ đóng vai trò nền tảng trên đó Albert Einstein sẽ xây dựng lí thuyết tương đối đặc biệt của ông.

1904 Ủy ban Kĩ thuật điện quốc tế được thành lập và nhận trách nhiệm tiêu chuẩn hóa

danh pháp liên quan tới điện và từ.

1904 Nhà vật lí và kĩ sư Anh John Ambrose Fleming khai thác hiệu ứng Edison phát

triển van dao động Fleming, một ống nhiệt điện tử có hai điện cực (diode) đóng vai trò máy dò tín hiệu và bộ chỉnh lưu.

1905 Nhà vật lí Đức Albert Einstein thiết lập thuyết tương đối đặc biệt của ông và chỉ ra

rằng điện và từ là hai khía cạnh của một hiện tượng.

1905 Nhà vật lí Pháp Paul Langevin sử dụng thống kê để giải thích mối tương quan

giữa tính thuận từ và nhiệt độ.

1906 Lee De Forest, kĩ sư Mĩ, phát minh ra đèn ba cực, một ống nhiệt điện tử ba điện

cực (triode) có thể phát hiện tín hiệu không dây tốt hơn nhiều so với van Fleming và có thể giữ vai trò quan trọng trong các dụng cụ điện tử buổi đầu.

1907 Nhà vật lí Pháp Pierre-Ernest Weiss phát triển một lí thuyết trường trung bình giải

thích hành vi của sắt và các chất sắt từ khác.

1908 Nhà vật lí Đức Hans Geiger phát triển một mẫu sơ khai của bộ đếm Geiger, một

buồng chuyên dụng cho việc đếm các hạt bức xạ. Những cải tiến lớn cho dụng cụ sẽ được thực hiện bởi Geiger và người học trò của ông, Walther Mueller, vào năm 1928.

1908 George Hale, nhà thiên văn Mĩ, công bố một báo cáo tranh luận rằng các vết đen

Mặt trời có từ trường.

1909 Các nhà thám hiểm Australia Douglas Mawson và Edgeworth David hoàn thành

hành trình thành công đầu tiên đến cực từ nam.


1909 Nhà vật lí Mĩ Robert Millikan tiến hành thí nghiệm giọt dầu nổi tiếng của ông và tính ra điện tích của một electron với độ chính xác trước đó chưa từng có.


1910 - 1929

Năm 1911 chứng kiến hai khám phá lớn. Khám phá thứ nhất đã mở ra cánh cửa vào một loại mới của dòng điện tỏ ra hứa hẹn to lớn là nguồn cấp điện cho các máy phát tương lai. Khám phá thứ hai đánh dấu một bước quan trọng trong sự hiểu biết của các nhà khoa học về nguyên tử.

Năm 1911 cũng đánh dấu sự tạm biệt của mô hình “bánh bông lan rắc nho” của nhà vật lí Anh J.J Thomson về nguyên tử, mô hình giả thuyết nguyên tử có các điện tích dương và âm phân bố đều đặn. Chỗ rạn nứt trong mô hình này được khai thác bởi thí nghiệm lá vàng nổi tiếng do Ernest Rutherford người New Zealand nghĩ ra. Trong thí nghiệm đó, do các nhà vật lí Hans Geiger và Ernest Marsden thực hiện, một lá vàng bị bắn phá với các hạt alpha (hạt nhân helium). Dựa trên mô hình của Thomson, các nhà khoa học trông đợi tất cả các hạt đi qua lá vàng không bị làm rối. Thay vào đó, một phần trăm nhỏ bị tán xạ, cho thấy chúng đã va phải cái gì đó rất nhỏ và rất đặc. Điều này đưa Rutherford đến ý tưởng một hạt nhân có điện tích dương với các electron quay xung quanh, giống như các hành tinh quay xung quanh Mặt trời, một ý tưởng ông công bố vào năm 1911.

Mặc dù chính xác hơn mẫu nguyên tử của Thomson, nhưng nguyên tử của Rutherford cũng có những chỗ rạn nứt của nó. Điều này phơi bày ra trước nhà vật lí Đan Mạch Niels Bohr, một đồng nghiệp của Rutherford. Hai năm sau khi tin tức mô hình hệ mặt trời được công bố, Bohr đã đi đến mô hình của riêng ông, lấy cảm hứng từ các lí thuyết mới xuất hiện về lượng tử năng lượng. Bohr ấn định rằng các electron phải ở trong những quỹ đạo rất đặc biệt, và những quỹ đạo này có thể dung chứa một số lượng nhất định các electron và không nhiều hơn. Các electron, Bohr giải thích, có thể nhảy từ quỹ đạo này sang quỹ đạo tiếp theo, tùy thuộc vào sự ổn định của nguyên tử và những điều kiện khác.

Những cái nhìn ngày càng sâu sắc hơn về nguyên tử lần lượt xuất hiện trong thời kì này. Trong những năm 1920, George Uhlenbeck và Samuel Goudsmit, những chàng sinh viên đang nghiên cứu vật lí ở Hà Lan, đề xuất rằng các electron không chỉ quay xung quanh hạt nhân, mà còn quay tròn xung quanh trục của chúng, y hệt như Trái đất. Năm 1928, nhà vật lí


Anh Paul Dirac tiên đoán sự tồn tại của một phản hạt với electron có cùng khối lượng nhưng điện tích và spin ngược lại. Các tiên đoán trở thành hiện thực bốn năm sau đó với việc nhà vật lí Mĩ Carl Anderson khám phá ra positron.

Trong khi tất cả những công trình này tiếp tục đi vào trí tuệ và phòng thí nghiệm của các nhà vật lí hàng đầu thế giới, thì công chúng thường dân thấy điện và những đổi mới do nó truyền cảm hứng làm biến đổi cuộc sống của họ. Một ví dụ là họ đang truyền đạt thông tin khác đi. Năm 1915, nhờ đèn ba cực của Lee De Forest, cuộc gọi điện thoại xuyên lục địa đầu tiên diễn ra, giữa San Francisco và New York. Năm 1920, một phần ba hộ gia đinh ở khắp nước Mĩ có một máy điện thoại. Dịch vụ sẽ được cải tiến với cáp đồng trục băng rộng, với nó một bằng sáng chế đã được cấp vào năm 1929.

Các tiến bộ về radio đã mang môi trường mới đến với nhiều người hơn. Năm 1920, đài phát thanh đầu tiên trên thế giới mở cửa kinh doanh ở Pittsburgh, Pennsylvania. Vài năm sau đó, người Mĩ đã nghe tin đưa về vụ xử án lớn đầu tiên, vụ thử nghiệm “Monkey” nổi tiếng. Kĩ sư điện người Mĩ Edwin Armstrong phát minh ra mạch hồi phục, máy thu đổi tần và mạch đổi tần trong thời kì này, thực hiện những cải tiến lớn với radio.

Việc thắp sáng đi đến chỗ không còn chỉ là thiết thực, mà còn có tính trang hoàng. Đèn ống neon trở thành sản phẩm thương mại vào đầu thập niên 1920, và sớm được các nhà quảng cáo tóm lấy.

Điện học, cùng với loạt ứng dụng ngày càng nhiều mà nó truyền cảm hứng, thực hiện hành trình của nó bước vào ngày càng nhiều nhà hơn. Năm 1913, máy rửa bát đĩa và tủ lạnh gia dụng đầu tiên đi vào thị trường, sau đó là lò nướng bánh đầu tiên năm 1919 và, năm 1927, máy nghiền rác đầu tiên. Nhà phát minh người Nga Vladimir Zworykin đăng kí một bằng sáng chế năm 1923 cho cái iconoscope, phương tiện hoàn toàn điện tử đầu tiên quét hình cho truyền hình; hai thập kỉ sau, công nghệ này sẽ đi vào các hộ gia đình Mĩ, và Zworykin sẽ đi vào lịch sử là “cha đẻ của truyền hình”.

1910 – 1929

1911 Nhà vật lí Đức Heike Kamerlingh Onnes phát hiện thấy một số chất biểu hiện hầu

như không có điện trở khi chúng được làm lạnh đến những nhiệt độ cực thấp, một hiện tượng gọi là siêu dẫn.

1911 Dưới sự hướng dẫn của Ernest Rutherford, Hans Geiger và Ernest Marsden tiến

hành hàng loạt thí nghiệm về sự tán xạ tia alpha, đưa Rutherford đến việc ấn định một mô hình mới của nguyên tử.

1912 Đèn thủy ngân áp suất cao được phát minh, nhưng không trở thành sản phẩm

thương mại mãi cho đến hơn 20 năm sau.


1912 Trong khi còn là sinh viên ở trường Đại học Columbia, Edwin Armstrong phát

minh ra mạch đổi tần, cho phép khuếch đại tín hiệu nhiều lần bởi cùng một ống chân không.

1912 Nhà vật lí Đức Max von Laue chứng minh tia X có bản chất điện từ.

1915 Nhờ đèn ba cực của nhà phát minh người Mĩ Lee De Forest, tín hiệu điện thoại có

thể mang đi xuyên quốc gia, mang đến khả năng gọi điện thoại xuyên lục địa lần đầu tiên giữa San Francisco và New York.

1919 Nhà vật lí Đức Heinrich Barkhausen phát hiện thấy chất sắt từ đặt vào một từ

trường tăng dần đều đặn bị từ hóa từng bậc thay vì liên tục. Gọi là hiệu ứng Barkhausen, hiện tượng này mang lại sự ủng hộ rõ ràng cho lí thuyết các miền sắt từ.

1919 Nhà phát minh Mĩ Edwin Armstrong phát minh ra máy thu đổi tần, cung cấp cho

ngành công nghiệp phát thanh một cách cải tiến lớn để thu nhận, chuyển đổi và khuếch đại các sóng điện từ yếu, tần số cao.

1919 Các nam châm thép chịu nhiệt được đưa ra thị trường.

1919 Nhà điện sinh học người Anh Edgar Adrian chứng minh rằng các tế bào thần kinh

phát ra điện áp gây co cơ.

1920 Đài phát thanh vô tuyến đầu tiên trên thế giới, đài KDKA ở Pittsburgh,

Pennsylvania, được thành lập bởi Công ti Điện và Sản xuất Westinghouse.

1922 Đèn ống neon trở thành sản phẩm thương mại và được sử dụng đặc biệt cho các

mục đích quảng cáo.

1922 Các nhà vật lí Đức Otto Stern và Walther Gerlach chứng minh qua việc sử dụng

một chùm phân tử rằng sự định hướng không gian của các hạt nguyên tử trong từ trường bị hạn chế (một khái niệm gọi là sự lượng tử hóa không gian).

1923 Nhà phát minh người Nga Zworykin đăng kí bằng sáng chế máy iconoscope,


phương tiện hoàn toàn điện tử đầu tiên quét hình cho ti vi.

1924 Là một phần của luận án tiến sĩ của ông, nhà vật lí Đức Ernst Ising đưa ra một mô

hình, ngày nay gọi là mô hình Ising, để giải thích hành trạng của các chất sắt từ.

1925 Trong khi là sinh viên chưa ra trường ở Hà Lan, George Uhlenbeck và Samuel

Goudsmit cho rằng ngoài chuyển động quỹ đạo của chúng, các electron còn quay tròn xung quanh trục của chúng.

1928 Nhà vật lí Anh Paul Dirac tiên đoán chính xác rằng phải tồn tại một phản hạt với

electron có cùng khối lượng như electron nhưng có điện tích và mômen từ ngược lại.

1929 Các kĩ sư Mĩ Herman Affel và Lloyd Espenschied đăng kí một bằng sáng chế cho

cáp đồng trục, một đường truyền tín hiệu tần số cao có sự thất thoát bức xạ và giao thoa thấp.

1929 Nhà địa vật lí Nhật Bản Motonori Matuyama nghiên cứu sự đảo từ trong các vỉa

đá và lí giải rằng Trái đất thỉnh thoảng phải chịu sự đảo cực của nó.


1930 - 1939

Mặc dù những năm 20 sôi động đã kết thúc với sự tấn công của Cuộc khủng hoảng lớn, nhưng tiến bộ của điện học và những lợi ích mà nó mang lại dường như không thể dừng lại trong thập niên 1930. “Điện là nhu cầu hiện đại của cuộc sống”, tổng thống Mĩ Franklin Roosevelt tuyên bố năm 1938.

Thập kỉ này chứng kiến sự xuất hiện của radio FM, do Edwin Armstrong phát minh làm một sự thay thế cho AM. Phần lớn của nước Mĩ và phần nhiều của châu Âu đã được kết nối qua radio; vào cuối thập niên 1930, cứ bốn trong năm hộ gia đình Mĩ có một máy radio.

Công dân bình dân ở các nước phát triển còn liên tục được khai sáng. Năm 1930, đèn flash thực hiện sự trình diễn của nó, thay thế bột flash cho các thợ nhiếp ảnh. Không bao lâu sau đó, các đèn hơi natri bắt đầu chiếu sáng đường phố của đất nước; sự gia tăng quyền sở hữu xe hơi làm tăng thêm nhu cầu nhiên liệu. Đèn hơi thủy ngân mang tính kinh tế hơn có mặt trên thị trường trong thời gian này, dạng đèn huỳnh quang. Năm 1934, dây tóc cuộn-cuộn được phát minh. Cùng với hai cải tiến đèn nóng sáng khác đã thực hiện hồi đầu thế kỉ - dây tóc tungsten và bóng đèn hơi argon-nitrogen – nó đã mang lại những bóng đèn sáng hơn, hiệu quả hơn cho các hộ gia đình và cho kinh doanh.

Năm 1931, hai thiết bị khoa học ngoạn mục ra đời. Ở California, Ernest Lawrence xây dựng cyclotron đầu tiên, một máy gia tốc hạt dạng tròn sử dụng điện trường và từ trường để làm tăng năng lượng của các hạt tích điện. Các hạt này khi sau đó có thể bắn vào chất khác đang nghiên cứu để xác định cấu trúc nguyên tử của nó. Chiếc máy “vòng quay ngựa gỗ” rộng 4 inch ban đầu của ông, như tên ông gọi nó, là một cải tiến lớn so với các máy gia tốc thẳng có


lúc bấy giờ. Từ lâu trước đó, ông đang chế tạo các mẫu lớn hơn, mạnh hơn nhiều trở thành nhà xưởng cho nghiên cứu cấp độ nguyên tử.

Trong khi đó, nửa thế giới ngoài kia ở Berlin, một sinh viên đại học hình thành trong đầu một công cụ sẽ tạo ra hình ảnh đưa những chiếc kính hiển vi bình thường vào hổ thẹn. Biết rằng sóng electron ngắn hơn 100.000 lần so với sóng ánh sáng, Ernest Ruska tiên đoán chúng có thể được sử dụng trong những chiếc kính hiển vi đặc biệt để mang lại những hình ảnh chi tiết hơn. Ông chế tạo ra thấu kính electron đầu tiên của ông vào năm 1931, sử dụng một nam châm điện để làm hội tụ một chùm electron. Trong vòng hai năm, ông đã thu thập một loạt thấu kính này để tạo ra chiếc kính hiển vi điện tử đầu tiên, cho phép các nhà khoa học nhìn thấy những thứ ở độ phóng đại 10 lần kính hiển vi ánh sáng. Kính hiển vi điện tử ngày nay có thể phóng to các vật lên hơn 1.000.000 lần kích thước nguyên mẫu của chúng.

Nhiều sự kiện liên quan đến từ học xuất hiện trong thời kì này. Các nam châm nhân tạo, được phát triển lần đầu tiên trong những năm 1920 với thép, tiến triển nhanh chóng trong thập niên 1930 với việc chế tạo ra của những hợp kim khác nhau, đáng chú ý nhất là alnico (nhôm, nickel và cobalt). Ưu việt hơn nhiều so với các nguyên bản bằng thép của chúng, nam châm alnico đưa đến những ứng dụng phức tạp hơn, trong đó có các công nghệ radio và truyền hình tốt hơn. Đồng thời, một số nhà phát minh đang phát triển dụng cụ ghi băng từ tính. Các dụng cụ này được sử dụng trong phát thanh lần đầu tiên vào giữa thập niên 1930 và sẽ giữ vai trò quan trọng trong Thế chiến thứ hai.

Trong vũ đài lí thuyết, Walther Meissner và Robert Oschenfeld của nước Đức thực hiện một bước nhảy quan trọng trong lĩnh vực hãy còn bí ẩn của sự siêu dẫn với việc khám phá thấy các chất siêu dẫn đẩy từ trường ra. Tính chất này, trở nên nổi tiếng là hiệu ứng Meissner-Oschenfeld (thay đôi khi chỉ gọi là hiệu ứng Meissner) sẽ tiếp tục mê hoặc không biết bao nhiêu sinh viên đi quan sát các minh chứng của việc làm bay bỗng các nam châm. Khoảng thời gian này, từ trường của Trái đất là đối tượng chú ý của một người Đức khác, nhà vật lí Walter Elsasser. Ông đề xuất rằng từ trường của Trái đất là kết quả của các dòng sắt lỏng trong lõi của hành tinh.


1930 – 1939

1930 Nam châm vĩnh cửu hợp kim đầu tiên của nhôm, nickel và cobalt (nam châm alnico)

được tạo ra.

1931 Nhà vật lí Anh Alan Wilson áp dụng lí thuyết khe năng lượng giải thích hành trạng

của các chất siêu dẫn và điện môi.

1931 Cyclotron đầu tiên, một máy gia tốc hạt tròn trong đó các hạt hạ nguyên tử được gia

tốc bằng một điện trường tần số cao biến thiên trong một từ trường ổn định, được xây dựng.

1931 Nhà vật lí Đức Ernst Ruska, trong khi còn là sinh viên ở Berlin, xây dựng thấu kính

electron đầu tiên, sử dụng một nam châm điện làm hội tụ một chùm electron giống hệt như một thấu kính làm hội tụ một chùm ánh sáng. Năm 1933, ông sử dụng một vài thấu kính electron ghép nối tiếp chế tạo ra kính hiển vi điện tử đầu tiên với độ xác định tốt hơn kính hiển vi ánh sáng.

1932 James Chadwick của nước Anh khám phá ra neutron, một hạt có khối lượng bằng

như proton, nhưng không có điện tích.

1932 Nhà vật lí Mĩ Carl Anderson khám phá ra positron, một hạt có khối lượng bằng như

electron, nhưng có điện tích dương thay vì điện tích âm.

1933 Walther Meissner và Robert Oschenfeld của nước Đức phát hiện ra khi một chất mất

điện trở của nó khi nhiệt độ của nó giảm xuống dưới một nhiệt độ nhất định, thì từ trường bên trong chất đó bị đẩy ra hoàn toàn hoặc một phần. Là đặc trưng của tất cả các chất siêu dẫn, hiện tượng này trở nên nổi tiếng là hiệu ứng Meissner hoặc hiệu ứng Meissner-Oschenfeld.

1933 Đèn hơi natri đưa vào sử dụng chiếu sáng đường phố.

1934 Nhà phát minh người Đức Semi Joseph Begun xây dựng máy thu băng từ tính đầu

tiên dùng trong phát thanh.

1934 Đèn huỳnh quang được giới thiệu ở châu Âu.


1934 Ở Mĩ, dây tóc cuộn dây quấn được phát minh ra, mang lại những bóng đèn điện

sáng hơn và hiệu quả năng lượng hơn.

1935 Băng từ dùng cho ghi âm audio trở thành sản phẩm thương mại ở Đức sau khi đuợc

giới thiệu ở Hội chợ Radio Berlin.

1936 Nhà vật lí Pháp Louis Néel phát triển khái niệm phản sắt từ, một dạng phụ thuộc

nhiệt độ của từ tính trong đó các ion liền kề tự sắp xếp chúng theo dạng đối song nhau sao cho hầu như không có từ trường ngoài toàn thể nào có thể phát hiện ra.

1939 Walter Elsasser, nhà vật lí Mĩ gốc Đức, đề xuất rằng từ trường có thể quan sát được

của Trái đất là kết quả của các dòng xoáy quay tròn trong nhân lỏng của hành tinh.


1940 - 1959

Gần như khắp hành tinh, hai thập kỉ này đã được định hình bởi Thế chiến thứ hai và hậu quả của nó. Những chuyển biến khổng lồ trong khoa học và cuộc sống hàng ngày đã bắt đầu hoặc đang diễn ra trong thời gian này, chi phối bởi các phát minh như điện hạt nhân, transistor, truyền hình và máy vi tính.

Thế chiến thứ hai đã lèo lái phần nhiều ngành khoa học trong thập niên 1940, góp phần trực tiếp vào sự phát triển của radar, máy vi tính và các vũ khí hạt nhân (sau này là điện hạt nhân). Quân đội Mĩ đã được trang bị chiếc máy tính điện tử đầu tiên, nó mất ba năm để chế tạo và khi hoàn thành năm 1945, chiếm tới 1000 foot vuông. Máy tính và Tích phân số điện tử (ENIAC) được thiết kế để tăng tốc độ tính toán và cải thiện độ chính xác của các bảng đang lên cơn sốt và bùng nổ. Được cung cấp bởi công nghệ mới, máy tính ngày càng trở nên nhỏ gọn, nhanh, mạnh và thông dụng, làm thay đổi ngoạn mục cuộc sống hàng ngày của chúng ta.

Bộ nhớ lõi từ xuất hiện vào năm 1951, trưng bày trong chiếc máy tính Gió xoáy tại Viện Công nghệ Massachusetts. Gió xoáy có hàng nghìn nam châm nhỏ, hình bánh rán quấn dây lưu trữ và thao tác các bit dữ liệu. Hai năm sau, mạch tích hợp được phát minh, đưa toàn bộ mạch điện lên trên một chip silicon. Bước phát triển này đặt nền tảng cho các máy tính nhỏ hơn và đưa đến sự ra đời cho ngành công nghiệp mới ở California. Cũng năm đó, IBM lắp ráp thành công chiếc máy tính điện tử đầu tiên của mình. Các cỗ máy đó sớm trở thành những công cụ kinh doanh quan trọng, mặc dù còn mất nhiều năm nữa trước khi chúng bắt đầu được sử dụng trong các hộ gia đình.


Cũng giữ vai trò thiết yếu trong sự phát triển của máy tính là những linh kiện nhỏ xíu gọi là transistor. Các nhà vật lí tại Phòng thí nghiệm Bell Telephone phát minh ra transistor đầu tiên vào năm 1947, gồm một chất bán dẫn và vài điện cực. Dùng cho việc khuếch đại hoặc bật tắt, nó có thể được tìm thấy trong mọi loại máy điện tử: chúng thay thế cho các bóng chân không cồng kềnh, đắt tiền trong radio, làm cho chúng nhỏ gọn. Ngày nay, transistor có mặt trong mọi thứ, không thể bỏ qua được, từ lò vi sóng cho tới điện thoại.

Thế giới không chỉ hướng tới kỉ nguyên số; nó còn bước vào kỉ nguyên nguyên tử, với việc ném bom năm 1945 xuống Hiroshima và Nagasaki kết thúc Thế chiến thứ hai. Được triển khai bởi những tiến bộ trong ngành vật lí hạt nhân, các vũ khí hạt nhân mở ra một phương thức hoàn toàn mới để quản lí chính trị và quốc phòng. Công nghệ đó cũng có những ứng dụng hòa bình, nếu không tranh cãi thêm. Năm 1956, nhà máy điện hạt nhân thương mại đầu tiên của thế giới khánh thành ở nước Anh; hai năm sau, nhà máy điện hạt nhân dân sự “Bom nguyên tử của thế giới hòa bình” đầu tiên ở Mĩ mở cửa ở Pennsylvania. Một nguồn năng lượng mới cũng bắt đầu thu hút lấy sự chú ý: Năm 1954, pin Mặt trời được phát minh.

Bộ nhớ lõi từ (khoảng 1949)

Thập niên 1950 đánh dấu thời kì vàng son của truyền hình, làm thay đổi đột ngột mọi thứ từ chính trị cho đến nghệ thuật đến cuộc sống hàng ngày. Lúc đầu thập niên này, 1 trong 10 hộ gia đình có một ti vi. Vào cuối thập niên, 9 trong 10 hộ có một chiếc, một số trong chúng còn là ti vi màu. Ti vi đã tiến xa từ một thứ hàng xa xỉ đến một vật thiết yếu trong vòng 10 năm.

Những tiến bộ khác đã xuất hiện, nếu hiểu là kém thường thức hơn TV và máy vi tính, là hệ quả to lớn của nền khoa học. Năm 1946, phép cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) được phát minh. Tính chất “spin” đặc biệt này của hạt nhân sẽ làm cách mạng hóa nền chẩn đoán y khoa khi khai thác các máy MRI (với sự hỗ trợ của nam châm siêu dẫn) và đóng góp một phương pháp nghiên cứu mới quan trọng cho khoa học. Cũng trong thời kì này, các nhà vật lí Mĩ và Nhật Bản đã thành công trong việc lĩnh hội cả cơ học lượng tử và thuyết tương đối đặc biệt Einstein để sáng tạo ra lí thuyết điện động lực học lượng tử. Trong các phòng thí nghiệm của họ, các nhà vật lí đã và đang quan sát ngày càng nhiều hạt hạ nguyên tử hơn. Cuối cùng, 46


năm sau khi các nhà khoa học lần đầu tiên quan sát thấy sự siêu dẫn, một bộ ba nhà vật lí Mĩ đã chỉ ra được cách thức nó hoạt động. Lí thuyết của họ trở nên nổi tiếng là lí thuyết Bardeen Cooper Schrieffer (viết tắt là BCS).

1940 – 1959

1940 Một mẫu sơ khai của máy dao động magneton, dụng cụ đầu tiên có khả năng tạo ra

công suất rất cao ở tần số vi sóng, được xây dựng, cho phép những tiến bộ lớn trong công nghệ radar.

1944 Nhà toán hóa Lars Onsager cung cấp một lời giải cho mô hình Ising hai chiều tiên

đoán chính xác hành trạng của một nam châm.

1945 Máy tính và Tích phân số Điện tử (ENIAC), máy tính điện tử đầu tiên của thế giới,

được hoàn thành, sau ba năm xây dựng.

1946 Các nhà vật lí Mĩ Edward Purcell và Felix Bloch độc lập nhau khám phá ra sự

cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), sự hấp thụ lọc lựa bức xạ điện từ bởi hạt nhân của những nguyên tử nhất định phơi ra trước một từ trường mạnh, tĩnh.

1947 Một đội các nhà vật lí do Phòng thí nghiệm Bell Telephone thuê phát minh ra

transistor, một linh kiện điện tử gồm một chất bán dẫn và ít nhất ba điện cực chủ yếu sử dụng cho việc khuếch đại hoặc chuyển mạch. Sau đó, transisor bắt đầu thay thế các ống chân không trong điện tử học.

1947 Các nhà vật lí Mĩ Richard Feynman và Julian Schwinger độc lập nhau thiết lập

một lí thuyết điện động lực học lượng tử hợp nhất cơ học lượng tử với thuyết tương đối đặc biệt của Albert Einstein. Khoảng chừng thời gian này, lí thuyết tương đương của nhà vật lí người Nhật Tomonaga Shin'ichiro, được công bố vài năm trước đó ở Nhật Bản, thu hút được sự chú ý quốc tế.

1948 “The Bing Crosby Show” trở thành chương trình radio đầu tiên phát thanh từ băng

từ.

1949 Bộ nhớ lõi từ được giới thiệu và cho phép một đội gồm các nhà khoa học và kĩ sư

tại MIT xây dựng Gió xoáy (hoàn thành năm 1951), máy tính đầu tiên cua thế giới


hoạt động ở thời gian thực.

1951 Quan sát đầu tiên của các miền từ tính bởi hiệu ứng Kerr được báo cáo.

1952 Công ti Phillips công bố phát triển các nam châm gốm gốc barium và gốc

strontium.

1953 Jack Kilby, một kĩ sư điện làm việc tại Texas Instruments, và Robert Noyce thuộc

Fairchild Semiconductor độc lập nhau phát minh ra mạch tích hợp, một dụng cụ gồm nhiều linh kiện bán dẫn và các đường nối của chúng khắc hoặc in trên một chất nền mỏng.

1953 Nhà vật lí Mĩ Donald Glaser xây dựng buồng bọt hoạt động đầu tiên, một dụng cụ

dò tìm bức xạ cho phép quan sát đường đi của các hạt hạ nguyên tử.

1954 Tại Phòng thí nghiệm Bell, Calvin Fuller, Daryl Chapin và Gerald Pearson phát

minh ra pin Mặt trời đầu tiên, biến đổi khoảng 6% ánh sáng Mặt trời thành điện và được sử dụng để cấp nguồn cho một máy phát radio trong lần trình diễn công chúng đầu tiên của nó.

1956 Lần đầu tiên ở quy mô lớn, các chất phóng xạ được khai thác làm nhiên liệu để

phát điện khi nhà máy điện hạt nhân thương mại đầu tiên, Calder Hall, được thành lập ở nước Anh.

1957 Các nhà vật lí Mĩ John Bardeen, Leon Cooper à John Robert Schriffer phát triển

thành công một lí thuyết có thể áp dụng rộng rãi giải thích được tại sao một số chất ở những nhiệt độ cực thấp dẫn điện mà không bị cản trở, lí thuyết BCS của sự siêu dẫn.

1958 Nhà máy điện nguyên tử Shippingport khánh thành ở Pennsylvania, nhà máy điện

hạt nhân dân sự đầu tiên ở Mĩ.


1960 - 1979

Kỉ nguyên không gian, bắt đầu năm 1957 với sự phóng thành công vệ tinh Xô Viết Sputnik, có sự tác động mạnh mẽ lên nền văn hóa và khoa học của những thập niên này. Sau những dấu móng chân và dấu chân của những con chó và khỉ khác nhau trước họ, những nhà du hành vũ trụ đầu tiên, các nhà du hành khi đó đã có thể đi vào không gian. Con người trên khắp hành tinh bắt đầu tập trung vào vũ trụ xung quanh họ. Các nhà khoa học cũng không ngoại lệ.

Một trong những khám phá lạ thường nhất của thời kì này là quasar (hay vật thể giả sao), các nguồn phát sáng cực sáng của ánh sáng và năng lượng điện từ khác. Là những vật thể xa xôi nhất được biết tới trong vũ trụ, các quasar có thể cách chúng ta hàng tỉ năm ánh sáng, và vì thế có thể chứa dồi dào thông tin về sự bắt đầu của vũ trụ. Các nhà khoa học đi đến chỗ tin rằng những sự phát xạ ánh sáng mạnh này là kết quả từ vật chất bị trút vào các lỗ đen nặng nề ở tâm của các thiên hà.

Vào đầu những năm 1970, trong các sứ mệnh Apollo 15 và 16, các nhà du hành đã khảo sát từ trường của Mặt trăng bằng một máy dò electron. Mặc dù Mặt trăng của chúng ta không có hoạt động dynamo nội (lõi chất lỏng sắt) như Trái đất, nhưng nó thật sự phát ra một từ trường yếu ở một số khu vực mà sau này các nhà khoa học liên hệ với các va chạm thiên thạch. Có nhiều nghiên cứu về từ trường và các thiên thể bắt đầu vào năm 1979, khi NASA và Cục Địa chất Mĩ bắt tay với nhau gửi một vệ tinh từ trường đặt tên là Magsat vào không gian. Sứ mệnh cả nó: lập bản đồ chính xác đầu tiên của từ trường gần mặt đất.

Trong khi dó, trở lại tầng đối lưu, các máy tính trở nên phức tạp hơn và cuối cùng bắt đầu đi vào nhà ở của mọi người. Sự phát triển của tập đoàn Intel về bộ vi xử lí – một mạch phức hợp trên một chip silicon – đưa đến các máy tính mang tính “cá nhân”. Năm 1977, chiếc máy tính đầu tiên thuộc dòng “PC” thương mại xuất hiện, máy Apple II. Apple II Plus cải tiến xuất hiện sau đó năm 1979. Đối với đa số người sở hữu máy tính, cuộc sống không bao giờ thật hài lòng.


Đồng thời, các nhà máy điện hạt nhân thương mại bắt đầu xuất hiện ở đường chân trời. Chỉ tính riêng ở nước Mĩ, 70 nhà máy như vậy đang hoạt động vào cuối những năm 1970. Sự tăng trưởng đó chậm lại vào cuối thập kỉ, một phần do các lo ngại an toàn sau sự cố năm 1979 tại nhà máy Three Mile Island ở Pennsylvania.

Trong vương quốc vật lí hạt, các nhà khoa học tiếp tục khám phá ra những hạt hạ nguyên tử mới. Năm 1963, một cuộc đua trí tuệ khổng lồ đã rõ ràng khi các nhà khoa học lần đầu tiên lí thuyết hóa rằng neutron và proton không phải là hạt cơ bản. Thay vào đó, các nhà khoa học nói rằng những thành phần đó của hạt nhân hóa ra cấu thành từ những hạt khác mới là cơ bản, chúng trở nên nổi tiếng là hạt quark. Các nhà khoa học tiếp tục tin rằng electron là một hạt cơ bản, điều đó vẫn được chấp nhận cho đến ngày nay.

Các nhà khoa học bắt đầu đưa ra một số ứng dụng thực tiễn của sự siêu dẫn (một dòng điện không chạm phải sự cản trở nào), một hiện tượng được phát hiện lần đầu tiên tận năm 1911. Những người Mĩ James Powell và Gordon Danby đã đăng kí bằng sáng chế cho mẫu đầu tiên cho xe lửa nâng bằng từ siêu dẫn vào năm 1969. Tuy nhiên, Đức và Nhật Bản đã dẫn đầu trong việc phát triển xe lửa nâng bằng từ, sử dụng cả nam châm điện và nam châm siêu dẫn. Bất chấp nghiên cứu của họ, xe lửa nâng bằng từ vẫn là một thứ hiếm trong ngành vận tải.

Chụp ảnh cộng hưởng từ hạt nhân (MRI), một công nghệ chất siêu dẫn khác, có sự tác động to lớn hơn nhiều. Được minh chứng lần đầu tiên vào năm 1973, các cỗ máy này bắt đầu được sử dụng trong các bệnh viện trong thập kỉ sau đó, làm cách mạng hóa ngành chẩn đoán y khoa.

Lâu nay bị nằm trong bóng đổ của các nam châm điện và nam châm siêu dẫn mạnh hơn, nam châm vĩnh cửu khiêm nhường nhận được sự củng cố trong thập niên 1960. Một loại nam châm mới đã được phát triển bởi các nhà khoa học Không quân Mĩ. Kết hợp cái gọi là các nguyên tố “đất hiếm” samarium và cobalt, Karl Strnat đi đến các nam châm đất hiếm đầu tiên, mạnh hơn các nam châm vĩnh cửu đã có. Là một ích lợi cho các ngành công nghiệp radar


và vệ tinh (trong số những ứng dụng khác), các nam châm này sớm bị qua mặt bởi một thế hệ mới các nam châm đất hiếm phát triển bởi Strnat và người đồng sự Alden Ray.

1960 – 1979

1963 Quasar, các nguồn sáng tỏa sáng và cực xa của sóng vô tuyến mạnh và những

dạng năng lượng khác, được phát hiện.

1964 Murray Gell-Mann nêu lí thuyết rằng các hạt hạ nguyên tử mà ông đặt tên là quark

là những đơn vị cơ bản của vật chất cấu thành nên proton và neutron. Một nhà vật lí Mĩ khác, George Zweig, phát triển một lí thuyết giống với lí thuyết của Gell-Mann, nhưng ông đưa ra những quân bài hạt cơ bản khác thay vì quark.

1966 Các nhà địa vật lí Mĩ Richard Doell, Allan Cox và Brent Dalrymple lập đồ thị lịch

trình bất thường của sự biến đổi cực của Trái đất dựa trên các nghiên cứu quy mô rộng tính chất từ của đất đá lấy từ những thời kì khác nhau.

1966 Karl Strnat khám phá ra thế hệ đầu tiên của các nam châm vĩnh cửu đất hiếm.

1967 Lí thuyết điện yếu được phát triển để thống nhất điện động lực học lượng tử với lí

thuyết tương tác yếu (còn gọi là lực hạt nhân yếu).

1969 James Powell và Gordon Danby đăng kí mẫu sáng chế đầu tiên cho xe lửa nâng

bằng từ siêu dẫn, trở thành những người tiên phong trong công nghệ xe nâng bằng từ.

1969 Hệ thống dự trữ năng lượng từ siêu dẫn (SMES) đầu tiên, được thiết kế để dự trữ

năng lượng trong từ trường tạo ra bởi dòng điện một chiều trong một cuộn dây của chất siêu dẫn làm lạnh, được đề xuất ở Pháp, mặc dù người ta cho rằng nó quá tốn kém chi phí xây dựng.

1971 Tàu vũ trụ Apollo khảo sát từ trường của Mặt trăng của Trái đất.

1972 Những người Mĩ Karl Strnat và Alden Ray phát triển thế hệ thứ hai của các nam

châm đất hiếm.


1973 Chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI) được chứng minh lần đầu tiên ở Mĩ bởi Paul

Lauterbar. Các khái niệm làm cho MRI có thể đã được phát hiện ra vài năm trước đó bởi Raymond Damadian.

1974 Nhà vật lí Hi Lạp John Iliopoulos đưa ra, lần đầu tiên trong một báo cáo cá nhân,

quan điểm vật lí ngày nay gọi là Mô hình Chuẩn, một lí thuyết mô tả các lực cơ bản mạnh, yếu, và điện từ cũng như các hạt cơ bản cấu thành nên toàn bộ vật chất.

1977 Hãng Apple tung ra máy tính Apple II, máy tính cá nhân thông dụng đầu tiên sử

dụng các bộ vi xử lí. Apple II Plus cải tiến ra đời sau đó, năm 1979.

1979 Vệ tinh từ tính đầu tiên gọi là Magsat được phóng lên là một dự án hợp tác của

NASA và Cục Địa chất Mĩ để lập bản đồ chính xác đầu tiên của từ trường gần mặt đất.


1980 - 2003

Bị thúc đẩy một phần bởi các lo ngại tăng dần về môi trường và sự suy cạn các nguồn năng lượng, các nhà khoa học đã khảo sát các nguồn tiềm năng mới của năng lượng cũng như các phương pháp khai thác các nguồn hiện có một cách hiệu quả hơn. Năm 1997, Toyota tung ra một mẫu xe lai mới, chiếc Prius, chạy bằng điện lẫn khí và mang lại hiệu quả năng lượng cao hơn và phát khí thải thấp hơn các xe truyền thống. Công nghệ cuối cùng đã bị đuổi kịp, thúc đẩy các nhà sản suất phát triển thêm những chiếc xe lai và xe điện. Vào bước chuyển thế kỉ, nhà máy điện năng lượng sóng đầu tiên, Land Installed Marine Powered Energy Transformer (LIMPET), bắt đầu phát điện trên vùng bờ biển Scotland.

Vài năm sau, một đội các nhà nghiên cứu người Canada đã làm phát ra dòng điện bằng cách buộc nước đi qua một đĩa thủy tinh có hàng triệu rãnh nhỏ li ti. Tương tác giữa nước và bề mặt các rãnh tạo ra một dòng ion, mang lại một dòng điện chạy. Các nhà nghiên cứu tiên đoán các nhà khoa học sẽ xây dựng chiếc máy phát động điện rãnh nhỏ li ti thực tiễn đầu tiên trong vòng một thập kỉ.

Các công nghệ mới đã cho phép các nhà khoa học nhìn vào thế giới ở những cấp độ nano, mang lại sự tăng trưởng của các lĩnh vực mới của công nghệ nano và khoa học nano. Kính hiển vi quét chui hầm xuất hiện năm 1981, theo sau đó là kính hiển vi lực nguyên tử, kính hiển vi lực từ và kính hiển vi phổ tia X từ tính.


Máy tính cá nhân trở nên thông dụng trong cuộc sống hàng ngày, một cuộc cách mạng đã được nhận ra năm 1982 khi tờ tạp chí Time chọn máy tính là “Nhân vật của Năm”, và đưa đến sự phát triển của World Wide Web năm 1989. Cuối thời kì này, khoảng ba phần tư người dân Mĩ đã truy cập Internet, mất trung bình 12,5 giờ mỗi tuần online để gửi email, làm công tác xã hội, mua sắm và thu thập thông tin. Năm 1999, các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts sáng tạo ra chiếc máy tính lượng tử đầu tiên. Khai thác ưu điểm của các tính chất của cơ học lượng tử thay cho cơ học cổ điển, công nghệ này hứa hẹn dẫn tới những chiếc máy tính mạnh hơn rất nhiều so với cái có thể tưởng tượng ra với những công nghệ hiện nay.

Lí thuyết vật lí lượng tử cũng nhìn thấy những tiến bộ, với khám phá năm 1980 ra hiệu ứng Hall lượng tử, các thí nghiệm cung cấp bằng chứng của những hạt hạ nguyên tử mới, và dữ liệu ủng hộ cho mối liên hệ lí thuyết giữa các tương tác điện từ và một lực gọi là lực “yếu”.

Nghiên cứu điện từ trên một cấp độ hoàn toàn khác nhau đã tiến xa với việc phóng vệ tinh Ørsted năm 1999. Giống như vệ tinh Magsat phóng lên hồi 20 năm trước, sứ mệnh của Ørsted là nghiên cứu từ trường của Trái đất, cả trường mạnh từ bên trong hành tinh và trường biến đổi, yếu hơn sinh ra từ tương tác giữa gió Mặt trời và từ quyển của Trái đất. Bằng cách so sánh dữ liệu Ørsted với dữ liệu Magsat, các nhà khoa học sẽ có thể chỉ ra những thay đổi trong các trường này.


1980 – 2003

1980 Nhà vật lí Đức Klaus von Klitzing phát hiện thấy khi các chất dẫn điện đặt trước từ

trường mạnh và nhiệt độ thấp, điện trở của chúng biến thiên theo những bước nhảy gián đoạn thay vì biến đổi trơn, liên tục, hiện tượng gọi là hiệu ứng Hall lượng tử.

1981 Kính hiển vi quét chui hầm (STM), hoạt động trên cơ sở cái gọi là dòng điện chui

hầm bắt đầu chạy khi một đầu sắc nhọn tiến tới gần một bề mặt dẫn ở khoảng cách khoảng một nano mét, được phát minh.

1983 Tại Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu (CERN), bằng chứng của các hạt yếu

(W và Z) được phát hiện ra, mang lại sự ủng hộ cho mối liên hệ lí thuyết giữa các tương tác điện từ và tương tác yếu.

1983 Các nam châm neodymium-iron-boron, đôi khi gọi đơn giản là nam châm neo, được

phát triển lần đầu tiên.

1987 Kính hiển vi lực từ, một biến thể của kính hiển vi lực nguyên tử phi tiếp xúc, được

chứng minh lần đầu tiên. Thiết bị thực hiện sự phân giải từ bởi tương tác tĩnh từ giữa một đầu nhọn sắt từ và từ trường vi mô tản lạc của mẫu vật.

1987 Lần đầu tiên, các nhà khoa học thu được sự siêu dẫn “nhiệt độ cao” (trên 77 K) với

hỗn hợp gốm của yttrium, barium, đồng và oxygen. Mặc dù nhiệt độ cần thiết để làm cho YBCO siêu dẫn vẫn khá thấp, nhưng chúng đủ cao để được tạo ra với nitrogen lỏng, rẻ tiền hơn nhiều so với helium lỏng đối với những nhiệt độ thấp hơn.

1988 Các nhà vật lí Đức và Pháp khám phá ra hiệu ứng từ trở khổng lồ (GMR), thu được

từ các hiệu ứng spin electron trong các đa lớp nhân tạo của các chất từ tính. Khám phá đánh dấu sự bắt đầu của lĩnh vực công nghệ spin, hay điện tử học nền spin.

1988 Tim Berners-Lee, một nhà khoa học tại CERN, phát minh và trình diễn World Wide

Web (WWW), hợp nhất công nghệ của các máy tính cá nhân, mạng máy tính và siêu văn bản thành một hệ thống thông tin toàn cầu.

1993 Kính hiển vi phổ tia X từ, kết hợp với sự phát xạ quang và các kĩ thuật hiệu ứng

Kerr từ-quang, được chứng minh.

1997 Toyota tung ra sản phẩm chiếc xe lai sinh khối đầu tiên của thế giới, Prius, chạy


bằng điện lẫn khí và mang lại hiệu suất nhiên liệu tốt hơn và sự phát khí thải ít hơn xe cộ truyền thống.

1999 Vệ tinh Đan Mạch Ørsted, được trang bị để cung cấp những phép đo chính xác cao

của từ trường Trái đất, được phóng lên thành công.

1999 Điện học được tiếp thị trên Internet lần đầu tiên.

2000 Nhà máy điện sóng thương mại đầu tiên, gọi tên là Land Installed Marine Powered

Energy Transformer (LIMPET), bắt đầu phát điện trên vùng đảo Islay, Scotland.

2003 Một đội các nhà nghiên cứu người Canada làm phát ra dòng điện trực tiếp bằng cách

bơm nước vòi qua vô số rãnh nhỏ li ti trên một cái đĩa thủy tinh.

Lịch sử Điện từ học

Trần Nghiêm dịch Email: [email protected]

Hoàn thành lần đầu: tháng 11/2008 Hiệu chỉnh: tháng 12/2010 Phát hành tại thuvienvatly.com

lược sử Điện từ học

Documents