Michael Faraday
(1791-1867)

1800年、アレッサンドロ・ボルタは電気電池(ボルタの山として知られる)を発明し、電流の研究方法を改善しました。 その1年後、トーマス・ヤングが光の波動性を実証した。これはオーギュスタン=ジャン・フレネルの研究によって実験的に強く支持され、干渉の原理を証明した。 1813年、ピーター・イワートは「動く力の尺度について」という論文でエネルギー保存の考えを支持した。 1820年、ハンス・クリスチャン・オーステッドは、電流を流す導体が周囲に磁力を発生させることを発見し、オーステッドの発見がフランスに届いてから1週間以内に、アンドレ・マリー・アンペールによって、平行な2つの電流が互いに力を及ぼし合うことを発見した。 1821年、ウィリアム・ハミルトンがハミルトンの特性関数の解析を開始した。 1821年には、マイケル・ファラデーが電気で動くモーターを作り、1826年にはゲオルク・オームが電気回路における電圧、電流、抵抗の関係を表す「電気抵抗の法則」を発表している。 その1年後、植物学者のロバート・ブラウンは、水中の花粉粒が、液体中の高速で動く原子や分子に衝突して運動する「ブラウン運動」を発見した。 1829 年、ガスパール・コリオリは、仕事(力に距離をかけたもの)と運動エネルギーという用語を、今日の意味合いで導入した。

1831 年、ファラデー(と独立してジョセフ・ヘンリー)は、磁気によって電位や電流が生じるという逆作用を発見(電磁誘導として知られている)した。 1834年、カール・ヤコビが一様に回転する自重楕円体(ヤコビ楕円体)を発見した。 1834年、ラッセルはエディンバラ近郊のユニオン運河で非減衰性の孤立水波(ソリトン)を観測し、水槽を使って孤立水波速度の波の振幅と水深への依存性を研究した。 1835年、ウィリアム・ハミルトンは、ハミルトンの正準運動方程式を述べた。 同年、ガスパール・コリオリは、水車の機械的効率を理論的に検討し、コリオリ効果を推論している。 1841年、アマチュアの科学者マイヤーがエネルギー保存の論文を書いたが、学問的な訓練を受けていなかったため、却下された。 1842年、ドップラーがドップラー効果を提唱した。 1847年、ヘルムホルツがエネルギー保存の法則を正式に発表した。 1851年、レオン・フーコーが巨大な振り子で地球の自転を示した(フーコーの振り子)。

世紀前半には連続体力学の重要な進歩があり、固体の弾性法則の定式化や流体のナビエ・ストークス方程式の発見があった。

熱力学の法則編集

さらに詳しく。 熱力学の歴史

William Thomson (Lord Kelvin)
(1824-1907)

19世紀、1840年代に熱の機械量的相当値を測定したJulius Robert von Mayer と James Prescott Joule により熱と機械エネルギー間のつながりが数量的に確立された。 1849年、ジュールは熱もエネルギーの一種であることを示す一連の実験結果(外輪船実験など)を発表し、この事実は1850年代には受け入れられていた。 熱とエネルギーの関係は、蒸気機関の開発にとって重要であり、1824年にサディ・カルノの実験と理論の成果が発表された。 カルノは、理想化されたエンジンの効率について論じる中で、熱力学の考え方の一端を取り入れた。 1850年頃、ケルビン卿とクラウジウスによって熱力学の第一法則(エネルギー保存則)が発表されたが、カルノーの研究はその基礎となるものであった。 1848年に絶対零度の概念を気体からすべての物質に拡張したケルビン卿は、ラザール・カルノ、サディ・カルノ、エミール・クラペイロンの工学理論や、機械、化学、熱、電気といった仕事の交換可能性に関するジェームズ・プレスコット・ジュールの実験結果をもとに、第1法則を定式化した。

ケルビンとクラウジウスも熱力学第二法則を発表したが、これはもともと「熱は自然に冷たいものから熱いものへ流れることはない」という観点から定式化されたものである。 他の定式化もすぐに行われ(例えば、トムソンとピーター・ガスリー・テイトの影響力のある著作『自然哲学論考』で第2法則が解説された)、特にケルビンはこの法則の一般的な意味合いをいくつか理解していた。 第二法則は、気体が運動する分子で構成されているという考え方で、1738年にダニエル・ベルヌーイによってある程度詳しく論じられていたが、一旦は人気がなくなり、1857年にクラウジウスによって復活させられた。 1850年、イポリット・フィゾーとレオン・フーコーは、水中での光速を測定し、空気中よりも遅いことを発見し、光の波動モデルを支持する。 1852年、ジュールとトムソンは、急速に膨張する気体が冷却されることを証明し、後にジュール・トムソン効果またはジュール・ケルビン効果と呼ばれるようになる。 ヘルマン・フォン・ヘルムホルツは、クラウジウスがdQ/Tの重要性(クラウジウスの定理)を確立したのと同じ1854年に、宇宙の熱死という考えを提唱する(ただし、彼はまだこの量に名前をつけていない)。

James Clerk MaxwellEdit

James Clerk Maxwell
(1831-1879)

1859年、James Clerk Maxwellは分子速度の分布法則を発見した。 マクスウェルは、電場と磁場が光と同じ速度でその発生源から外部に伝播すること、光はいくつかの種類の電磁放射の一つで、他のものと周波数と波長が異なるだけであることを示した。 1859年、マクスウェルは、気体の分子の速度分布の数理を解明した。 光の波動論は、マクスウェルが電磁場を研究する頃には広く受け入れられており、以後、光の研究と電気・磁気の研究は密接に関連するようになった。 1864年、マクスウェルは電磁場の力学的理論に関する論文を発表し、1873年に出版された『マクスウェルの電気磁気論』で光が電磁気現象であることを明言した。 この著作は、カール・フリードリヒ・ガウスやヴィルヘルム・ウェーバーといったドイツの理論家たちの理論的研究を参考にしたものであった。 光は「発光するエーテル」を通して波動エネルギーの伝達を表しているという予測、およびヘルムホルツの学生ハインリッヒ・ヘルツによる 1888 年の電磁放射の検出によってその予測が確認されたことは、物理理論にとって大きな勝利であり、この分野に基づくより根本的な理論がすぐに開発される可能性を提起したのである。 マクスウェルの理論を実験的に確認したのは、1886年に電気波を発生・検出してその性質を確かめたヘルツであり、同時にラジオやテレビなどへの応用を予見させた。 1887年、ハインリッヒ・ヘルツは光電効果を発見した。 その後、電磁波の研究が始まり、多くの科学者や発明家が電磁波の性質を調べる実験を行った。 1890 年代半ばから後半にかけて、グリエルモ・マルコーニが電波を利用した無線電信システムを開発した(ラジオの発明を参照)。

原子論は、化学者のジョン・ダルトンによって 19 世紀の初めに再び提案され、熱力学の法則を説明するためにクラウジウスとジェームズ・クラーク・マックスウェルが開発した気体の運動論-分子論の仮説の 1 つになった。 そして、この運動論は、ルードヴィヒ・ボルツマン(1844-1906)とジョサイア・ウィラード・ギブス(1839-1903)による統計力学へとつながり、エネルギー(熱を含む)は粒子の速さの尺度であるとしたのであった。 クラウジウスは、これらの粒子のある種の組織状態の統計的尤度とその状態のエネルギーを相互に関連づけ、エネルギーの散逸を、分子配列がますます起こりやすく、ますます無秩序な状態に向かう統計的傾向(状態の無秩序化を表す「エントロピー」という造語)と再解釈した。 熱力学第二法則の統計的解釈と絶対的解釈は、数十年にわたる論争を引き起こし(「マクスウェルの悪魔」などの議論を生んだ)、20世紀初頭に原子の振る舞いがしっかりと確立されるまで、決定的な解決には至らなかった。 1902年、ジェームス・ジーンは、静的なほぼ均質な媒質において、重力摂動が成長するのに必要な長さスケールを発見した

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