(1791-1867)
W 1800 r. Alessandro Volta wynalazł baterię elektryczną (znaną jako stos woltaiczny) i w ten sposób udoskonalił sposób badania prądów elektrycznych. Rok później Thomas Young wykazał falową naturę światła – co uzyskało silne wsparcie eksperymentalne dzięki pracy Augustina-Jeana Fresnela – oraz zasadę interferencji. W 1813 roku Peter Ewart poparł ideę zachowania energii w pracy O pomiarze siły poruszającej. W 1820 roku Hans Christian Ørsted odkrył, że przewodzący prąd przewodnik powoduje powstanie otaczającej go siły magnetycznej, a w ciągu tygodnia po tym, jak odkrycie Ørsteda dotarło do Francji, André-Marie Ampère odkrył, że dwa równoległe prądy elektryczne będą wywierały na siebie siły. W 1821 r. William Hamilton rozpoczął analizę funkcji charakterystycznej Hamiltona. W 1821 r. Michael Faraday zbudował silnik napędzany energią elektryczną, a Georg Ohm w 1826 r. przedstawił swoje prawo oporu elektrycznego, wyrażające związek między napięciem, natężeniem i oporem w obwodzie elektrycznym. Rok później botanik Robert Brown odkrył ruch Browna: ziarna pyłku w wodzie podlegały ruchowi wynikającemu z bombardowania ich przez szybko poruszające się atomy lub molekuły w cieczy. W 1829 r. Gaspard Coriolis wprowadził pojęcia pracy (siła razy odległość) i energii kinetycznej w znaczeniu, jakie mają one dzisiaj.
W 1831 r. Faraday (i niezależnie Joseph Henry) odkrył efekt odwrotny, wytwarzanie potencjału elektrycznego lub prądu przez magnetyzm – znany jako indukcja elektromagnetyczna; te dwa odkrycia są podstawą odpowiednio silnika elektrycznego i generatora elektrycznego. W 1834 r. Carl Jacobi odkrył równomiernie obracającą się samograwitującą elipsoidę (elipsoidę Jacobiego). W 1834 r. John Russell zaobserwował samotną falę wodną (soliton) w Union Canal w pobliżu Edynburga i wykorzystał zbiornik wodny do zbadania zależności prędkości samotnej fali wodnej od amplitudy fali i głębokości wody. W 1835 r. William Hamilton podał kanoniczne równania ruchu Hamiltona. W tym samym roku Gaspard Coriolis zbadał teoretycznie sprawność mechaniczną kół wodnych i wydedukował efekt Coriolisa. W 1841 r. Julius Robert von Mayer, naukowiec amator, napisał pracę na temat zachowania energii, ale jego brak akademickiego wykształcenia doprowadził do jej odrzucenia. W 1842 r. Christian Doppler zaproponował efekt Dopplera. W 1847 r. Hermann von Helmholtz formalnie ogłosił prawo zachowania energii. W 1851 r. Léon Foucault pokazał obrót Ziemi za pomocą ogromnego wahadła (wahadło Foucaulta).
W pierwszej połowie wieku nastąpił ważny postęp w mechanice continuum, a mianowicie sformułowanie praw sprężystości dla ciał stałych i odkrycie równań Naviera-Stokesa dla płynów.
Prawa termodynamikiEdit
(1824-1907)
W XIX wieku związek między ciepłem a energią mechaniczną został ustalony ilościowo przez Juliusa Roberta von Mayera i Jamesa Prescotta Joule’a, którzy w latach 40. XIX wieku zmierzyli mechaniczny równoważnik ciepła. W 1849 roku Joule opublikował wyniki serii eksperymentów (w tym eksperyment z kołem łopatkowym), z których wynika, że ciepło jest formą energii, co zostało zaakceptowane w latach 50-tych XIX wieku. Związek między ciepłem a energią był ważny dla rozwoju silników parowych, a w 1824 r. opublikowano eksperymentalne i teoretyczne prace Sadiego Carnota. Carnot uchwycił niektóre z idei termodynamiki w swojej dyskusji na temat sprawności wyidealizowanego silnika. Praca Sadiego Carnota dostarczyła podstaw do sformułowania pierwszego prawa termodynamiki – powtórzenia prawa zachowania energii – które zostało sformułowane około 1850 r. przez Williama Thomsona, znanego później jako Lord Kelvin, i Rudolfa Clausiusa. Lord Kelvin, który w 1848 r. rozszerzył pojęcie zera bezwzględnego z gazów na wszystkie substancje, wykorzystał teorię inżynieryjną Lazare’a Carnota, Sadiego Carnota i Émile’a Clapeyrona, a także eksperymenty Jamesa Prescotta Joule’a dotyczące zamienności mechanicznych, chemicznych, cieplnych i elektrycznych form pracy, aby sformułować pierwsze prawo.
Kelvin i Clausius stwierdzili również drugie prawo termodynamiki, które pierwotnie zostało sformułowane w kategoriach faktu, że ciepło nie przepływa spontanicznie z zimniejszego ciała do gorętszego. Szybko pojawiły się inne sformułowania (na przykład drugie prawo zostało wyjaśnione we wpływowej pracy Thomsona i Petera Guthrie Taita Treatise on Natural Philosophy), a Kelvin w szczególności zrozumiał niektóre z ogólnych implikacji tego prawa. Drugie prawo to idea, że gazy składają się z cząsteczek w ruchu, która została szczegółowo omówiona przez Daniela Bernoulliego w 1738 r., ale wypadła z łask i została wskrzeszona przez Clausiusa w 1857 r. W 1850 r. Hippolyte Fizeau i Léon Foucault zmierzyli prędkość światła w wodzie i stwierdzili, że jest ona wolniejsza niż w powietrzu, na poparcie falowego modelu światła. W 1852 r. Joule i Thomson wykazali, że szybko rozszerzający się gaz ulega ochłodzeniu, co później nazwano efektem Joule’a-Thomsona lub efektem Joule’a-Kelvina. Hermann von Helmholtz wysunął ideę śmierci cieplnej wszechświata w 1854 r., w tym samym roku, w którym Clausius ustalił znaczenie dQ/T (twierdzenie Clausiusa) (choć nie podał jeszcze nazwy tej wielkości).
James Clerk MaxwellEdit
(1831-1879)
W 1859 roku James Clerk Maxwell odkrył prawo rozkładu prędkości cząsteczek. Maxwell wykazał, że pola elektryczne i magnetyczne rozchodzą się na zewnątrz od swojego źródła z prędkością równą prędkości światła oraz że światło jest jednym z kilku rodzajów promieniowania elektromagnetycznego, różniącym się od innych jedynie częstotliwością i długością fali. W 1859 r. Maxwell opracował matematykę rozkładu prędkości cząsteczek gazu. Falowa teoria światła była powszechnie akceptowana do czasu prac Maxwella nad polem elektromagnetycznym, a od tego czasu badania nad światłem oraz elektrycznością i magnetyzmem były ze sobą ściśle powiązane. W 1864 r. James Maxwell opublikował swoje prace na temat dynamicznej teorii pola elektromagnetycznego, a w wydanym w 1873 r. Traktacie Maxwella o elektryczności i magnetyzmie stwierdził, że światło jest zjawiskiem elektromagnetycznym. Praca ta opierała się na pracach teoretycznych niemieckich teoretyków, takich jak Carl Friedrich Gauss i Wilhelm Weber. Zamknięcie ciepła w ruchu cząstek i dodanie sił elektromagnetycznych do dynamiki Newtona stworzyło niezwykle solidną podstawę teoretyczną dla obserwacji fizycznych.
Przewidywanie, że światło reprezentuje transmisję energii w formie falowej przez „eter świetlny” i pozorne potwierdzenie tego przewidywania przez studenta Helmholtza, Heinricha Hertza, który w 1888 r. wykrył promieniowanie elektromagnetyczne, było wielkim triumfem teorii fizycznej i podniosło możliwość, że wkrótce mogą powstać jeszcze bardziej fundamentalne teorie oparte na tym polu. Eksperymentalne potwierdzenie teorii Maxwella przyniósł Hertz, który w 1886 r. wytworzył i wykrył fale elektryczne oraz zweryfikował ich właściwości, zapowiadając jednocześnie ich zastosowanie w radiu, telewizji i innych urządzeniach. W 1887 r. Heinrich Hertz odkrył efekt fotoelektryczny. Wkrótce potem rozpoczęły się badania nad falami elektromagnetycznymi, a wielu naukowców i wynalazców prowadziło eksperymenty nad ich właściwościami. W połowie lub pod koniec lat 90. XIX wieku Guglielmo Marconi opracował system telegrafii bezprzewodowej oparty na falach radiowych (zob. wynalazek radia).
Atomowa teoria materii została zaproponowana ponownie na początku XIX wieku przez chemika Johna Daltona i stała się jedną z hipotez kinetyczno-molekularnej teorii gazów opracowanej przez Clausiusa i Jamesa Clerka Maxwella w celu wyjaśnienia praw termodynamiki. Teoria kinetyczna z kolei doprowadziła do powstania mechaniki statystycznej Ludwiga Boltzmanna (1844-1906) i Josiaha Willarda Gibbsa (1839-1903), według której energia (w tym ciepło) była miarą prędkości cząsteczek. Wiążąc statystyczne prawdopodobieństwo wystąpienia pewnych stanów organizacji tych cząsteczek z energią tych stanów, Clausius przeinterpretował rozpraszanie energii jako statystyczną tendencję konfiguracji molekularnych do przechodzenia w kierunku coraz bardziej prawdopodobnych, coraz bardziej zdezorganizowanych stanów (tworząc termin „entropia” dla opisania dezorganizacji stanu). Statystyczna i absolutna interpretacja drugiego prawa termodynamiki zapoczątkowała spór, który trwał przez kilka dziesięcioleci (tworząc argumenty takie jak „demon Maxwella”) i który nie został ostatecznie rozstrzygnięty aż do momentu, gdy na początku XX wieku zachowanie atomów zostało solidnie ustalone. W 1902 roku James Jeans znalazł skalę długości wymaganą do wzrostu perturbacji grawitacyjnych w statycznym, prawie jednorodnym ośrodku.
.