(1791-1867)
V roce 1800 Alessandro Volta vynalezl elektrickou baterii (známou z voltaické hromady) a zlepšil tak způsob, jakým lze studovat i elektrické proudy. O rok později Thomas Young prokázal vlnovou povahu světla – což silně experimentálně podpořila práce Augustina-Jeana Fresnela – a princip interference. V roce 1813 podpořil myšlenku zachování energie Peter Ewart ve svém článku O míře pohybující se síly. V roce 1820 Hans Christian Ørsted zjistil, že vodič, kterým protéká proud, vyvolává magnetickou sílu, která ho obklopuje, a do týdne poté, co Ørstedův objev dorazil do Francie, André-Marie Ampère objevil, že dva paralelní elektrické proudy na sebe budou působit silou. V roce 1821 začal William Hamilton analyzovat Hamiltonovu charakteristickou funkci. V roce 1821 sestrojil Michael Faraday motor poháněný elektřinou, zatímco Georg Ohm v roce 1826 vyslovil svůj zákon elektrického odporu, v němž vyjádřil vztah mezi napětím, proudem a odporem v elektrickém obvodu. O rok později botanik Robert Brown objevil Brownův pohyb: pylová zrnka ve vodě podléhající pohybu v důsledku jejich bombardování rychle se pohybujícími atomy nebo molekulami v kapalině. V roce 1829 zavedl Gaspard Coriolis pojmy práce (síla krát vzdálenost) a kinetická energie v dnešním významu.
V roce 1831 objevil Faraday (a nezávisle na něm Joseph Henry) opačný jev, výrobu elektrického potenciálu nebo proudu prostřednictvím magnetismu – tzv. elektromagnetickou indukci; tyto dva objevy jsou základem elektromotoru, resp. elektrického generátoru. V roce 1834 Carl Jacobi objevil rovnoměrně rotující samogravitační elipsoidy (Jacobiho elipsoid). V roce 1834 pozoroval John Russell v kanálu Union poblíž Edinburghu nerozpadající se osamělou vodní vlnu (soliton) a pomocí vodní nádrže studoval závislost rychlosti osamělých vodních vln na amplitudě vlny a hloubce vody. V roce 1835 William Hamilton uvedl Hamiltonovy kanonické pohybové rovnice. V témže roce Gaspard Coriolis teoreticky zkoumal mechanickou účinnost vodních kol a odvodil Coriolisův jev. V roce 1841 napsal amatérský vědec Julius Robert von Mayer práci o zachování energie, ale jeho nedostatečné akademické vzdělání vedlo k jejímu odmítnutí. V roce 1842 navrhl Christian Doppler Dopplerův jev. V roce 1847 Hermann von Helmholtz formálně formuloval zákon zachování energie. V roce 1851 Léon Foucault ukázal rotaci Země pomocí obrovského kyvadla (Foucaultovo kyvadlo).
V první polovině století došlo k významným pokrokům v mechanice kontinua, konkrétně k formulaci zákonů pružnosti pro pevná tělesa a k objevu Navierových-Stokesových rovnic pro tekutiny.
Zákony termodynamikyEdit
(1824-1907)
V 19. století byla souvislost mezi teplem a mechanickou energií kvantitativně stanovena Juliem Robertem von Mayerem a Jamesem Prescottem Joulem, kteří ve 40. letech 19. století změřili mechanický ekvivalent tepla. V roce 1849 Joule publikoval výsledky řady svých experimentů (včetně experimentu s lopatkovým kolem), které ukazují, že teplo je forma energie, což bylo přijato v 50. letech 19. století. Vztah mezi teplem a energií byl důležitý pro vývoj parních strojů a v roce 1824 byla publikována experimentální a teoretická práce Sadiho Carnota. Carnot zachytil některé myšlenky termodynamiky ve své diskusi o účinnosti idealizovaného motoru. Práce Sadiho Carnota poskytla základ pro formulaci prvního termodynamického zákona – přeformulování zákona zachování energie -, který kolem roku 1850 formulovali William Thomson, později známý jako lord Kelvin, a Rudolf Clausius. Lord Kelvin, který v roce 1848 rozšířil pojem absolutní nuly z plynů na všechny látky, při formulaci prvního zákona vycházel z technické teorie Lazare Carnota, Sadi Carnota a Émila Clapeyrona a z experimentů Jamese Prescotta Joulea o zaměnitelnosti mechanické, chemické, tepelné a elektrické formy práce.
Kelvin a Clausius také uvedli druhý termodynamický zákon, který byl původně formulován na základě skutečnosti, že teplo neproudí samovolně z chladnějšího tělesa na teplejší. Další formulace následovaly rychle (druhý zákon byl například vyložen ve vlivném díle Thomsona a Petera Guthrie Taita Treatise on Natural Philosophy) a zejména Kelvin pochopil některé obecné důsledky zákona. Druhý zákon byl myšlenkou, že plyny se skládají z pohybujících se molekul, podrobně rozebrán Danielem Bernoullim v roce 1738, ale upadl v nemilost a v roce 1857 jej oživil Clausius. V roce 1850 Hippolyte Fizeau a Léon Foucault změřili rychlost světla ve vodě a zjistili, že je pomalejší než ve vzduchu, což podpořilo vlnový model světla. V roce 1852 Joule a Thomson prokázali, že rychle se rozpínající plyn se ochlazuje, což bylo později pojmenováno jako Jouleův-Thomsonův jev nebo Jouleův-Kelvinův jev. Hermann von Helmholtz vyslovil myšlenku tepelné smrti vesmíru v roce 1854, ve stejném roce, kdy Clausius stanovil význam dQ/T (Clausiova věta) (i když tuto veličinu ještě nepojmenoval).
James Clerk MaxwellEdit
(1831-1879)
V roce 1859 objevil James Clerk Maxwell zákon rozdělení molekulových rychlostí. Maxwell ukázal, že elektrické a magnetické pole se šíří směrem ven od svého zdroje rychlostí rovnou rychlosti světla a že světlo je jedním z několika druhů elektromagnetického záření, které se od ostatních liší pouze frekvencí a vlnovou délkou. V roce 1859 Maxwell matematicky zpracoval rozložení rychlostí molekul plynu. V době Maxwellovy práce o elektromagnetickém poli byla již vlnová teorie světla všeobecně přijímána a poté byly studium světla a studium elektřiny a magnetismu úzce propojeny. V roce 1864 James Maxwell publikoval své práce o dynamické teorii elektromagnetického pole a v roce 1873 v publikaci Maxwellovo pojednání o elektřině a magnetismu uvedl, že světlo je elektromagnetický jev. Tato práce čerpala z teoretických prací německých teoretiků, jako byli Carl Friedrich Gauss a Wilhelm Weber. Uzavření tepla do pohybu částic a doplnění Newtonovy dynamiky o elektromagnetické síly vytvořilo nesmírně pevný teoretický základ pro fyzikální pozorování.
Předpověď, že světlo představuje přenos energie ve formě vlny prostřednictvím „světelného éteru“, a zdánlivé potvrzení této předpovědi objevem elektromagnetického záření Helmholtzovým studentem Heinrichem Hertzem v roce 1888 znamenalo pro fyzikální teorii velký triumf a vyvolalo možnost, že brzy budou vytvořeny ještě fundamentálnější teorie založené na tomto poli. Experimentální potvrzení Maxwellovy teorie přinesl Hertz, který v roce 1886 generoval a detekoval elektrické vlny a ověřil jejich vlastnosti, čímž zároveň předznamenal jejich využití v rádiu, televizi a dalších zařízeních. V roce 1887 Heinrich Hertz objevil fotoelektrický jev. Brzy poté začal výzkum elektromagnetických vln a mnoho vědců a vynálezců provádělo pokusy s jejich vlastnostmi. V polovině a na konci 90. let 19. století vyvinul Guglielmo Marconi systém bezdrátové telegrafie založený na rádiových vlnách (viz vynález rádia).
Atomovou teorii hmoty navrhl na počátku 19. století opět chemik John Dalton a stala se jednou z hypotéz kineticko-molekulární teorie plynů, kterou vypracovali Clausius a James Clerk Maxwell k vysvětlení zákonů termodynamiky. Kinetická teorie zase vedla ke statistické mechanice Ludwiga Boltzmanna (1844-1906) a Josiaha Willarda Gibbse (1839-1903), podle níž je energie (včetně tepla) mírou rychlosti částic. Vzájemným vztahem statistické pravděpodobnosti určitých stavů uspořádání těchto částic a energie těchto stavů Clausius reinterpretoval rozptyl energie jako statistickou tendenci molekulárních konfigurací přecházet ke stále pravděpodobnějším, stále více dezorganizovaným stavům (pro popis dezorganizace stavu vymyslel termín „entropie“). Statistická versus absolutní interpretace druhého termodynamického zákona založila spor, který trval několik desetiletí (a přinesl argumenty jako „Maxwellův démon“), a který nebyl považován za definitivně vyřešený, dokud nebylo na počátku 20. století pevně stanoveno chování atomů. V roce 1902 James Jeans zjistil délkovou škálu potřebnou pro růst gravitačních poruch ve statickém téměř homogenním prostředí
.