古人通過對靜電和自然磁力現(xiàn)象的觀察研究，展開了關(guān)于電磁學的歷史，但在19世紀之前，近代電磁學的先驅(qū)們，一直把電和磁作為獨立的互不相關(guān)的現(xiàn)象進行研究。
古希臘人知道磁鐵礦和摩擦琥珀會產(chǎn)生吸引力。磁鐵礦，一種早在公元前800年就在希臘文獻中提到的鐵的磁性氧化物，開采于希臘色薩利大區(qū)的馬格尼西亞省。而居住在附近的泰勒斯（希臘七賢之一，西方思想史上第一個有記載留下名字的思想家，被后人稱為“科學和哲學之祖”、科學家、哲學家，出生于愛奧尼亞的米利都城），可能是第一個研究磁力的希臘人。他顯然知道磁鐵礦會吸引鐵，而摩擦琥珀（一種被希臘人稱為ēlektron的樹木樹脂化石）會使它吸引像羽毛這樣的輕小物體。
早在公元前26世紀，古代中國人就制作了司南，用于指示方向，這也是磁學最古老的實際應用。
最早的關(guān)于磁學的研究是由法國的十字軍戰(zhàn)士和工程師彼得勒斯·佩雷格里努斯（Petrus Peregrinus de Maricourt）完成的，并發(fā)現(xiàn)了磁極 (N、S極)。1269年佩雷格里努斯參加了對意大利某城市的緩慢乏味的圍攻時，他曾給朋友寫一信，信中談到他對磁石的研究，說明了如何判斷磁石的南北極，并指出同極相斥，異極相吸，他還解釋了如果你將磁鐵斷成兩塊，并不能使其中的一極分離，因為斷下的每一段又成為帶有兩南北極的完整磁鐵。也許他談到的最重要的一件事是改進了指南針，就是將指南針放在一支點上，而不是讓它連在一塊軟木上浮動，在指針周圍作一刻度盤，可較精確地讀出方向的度數(shù)，毋容置疑，正因為使用了這種實用的指南針，又使歐洲航海家能滿懷信心駛?cè)脒b遠而看不到陸地的大西洋。因此，佩雷格里努斯是150年后開始的偉大探險時代的另一先驅(qū)。
現(xiàn)代電學和磁學的開端
現(xiàn)代電學和磁學的創(chuàng)始人是威廉·吉爾伯特（William Gilbert 英國醫(yī)師，物理學家和自然哲學家，磁動勢單位，也稱為磁勢，以他的名字命名為吉爾伯特）。
威廉·吉爾伯特
吉爾伯特生于英國一個名門家庭，18歲到劍橋圣約翰學院攻讀數(shù)學和醫(yī)學。畢業(yè)后開業(yè)行醫(yī)，1573年，他被選為皇家內(nèi)科醫(yī)學院院士，后得到英國女王伊麗莎白一世的賞識，成為一名御用醫(yī)師。吉爾伯特興趣十分廣泛,行醫(yī)之暇，他不懈地進行化學實驗和電、磁方面的實驗研究工作。他受古希臘泰勒斯故事的影響,進行了多種物質(zhì)的摩擦生電實驗，并在佩雷格里努斯的《有關(guān)磁石的信札》一書的啟示下，提出了 “磁力才是宇宙力的奧秘”的思想。
吉爾伯特花了17年時間進行磁學實驗，并在較小范圍上進行了電學實驗。他將他的實驗結(jié)果和所有可用的磁學知識匯集在1600年出版的近代電學、磁學的開山巨著《De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure》(《關(guān)于磁石、磁性體及磁性地球的新自然哲學論》，簡稱《磁石論》)一書中。正如標題所示的那樣，吉爾伯特將地球描述為一個巨大的磁鐵。他為兩個因摩擦而帶電的物體之間的力引入了”electricus”這個新拉丁語來，意思是“像琥珀”，使用它來表示兩個因摩擦而帶電的物體之間的力“就像琥珀具有吸引力的特性”，1646 年，英國的托馬斯·布朗爵士（Sir Thomas Browne）在他的百科全書《Pseudodoxia Epidemica》中，按英語拼寫法，將“electricus”改寫為目前人們熟知的“electricity”（電），并一宜沿用至今。
同時，吉爾伯特還表明摩擦電也可以發(fā)生在許多普通材料中。他還指出了磁力和電之間的一個主要區(qū)別:磁性物體之間的力傾向于使物體相對于彼此對齊，并且只受到大多數(shù)中間物體的輕微影響，而帶電物體之間的力主要是物體之間的吸引力或斥力，并受到中間物質(zhì)的嚴重影響。
他還發(fā)明了第一個電的測量儀器–驗電器，這有助于進一步的電實驗研究。
在《磁石論》中，記錄了吉爾伯特所進行的電氣實驗和觀察到的電氣現(xiàn)象，他將琥珀、瑪瑙、寶石、樹脂、水晶、硫磺、封蠟等作為實驗對象，用呢絨、毛皮、 絲綢等進行摩擦，發(fā)現(xiàn)有些物質(zhì)可以產(chǎn)生“琥珀力”，吸引細小的物體；有些物質(zhì)則不能產(chǎn)生“琥珀力”無法吸引細小物體,由此,他將物質(zhì)分為“電氣素”(electric effluvium)和“非電氣素”(anelectrics)兩大類，并認為電氣素中存在一種沒有重量的物體, 它是一種具有特定物質(zhì)性質(zhì)且有一定大小的粒子。
吉爾伯特還應用琥珀力相互吸引的原理,制成了能測定電的性質(zhì)的原始儀器。他將一根長約七八厘米的磁針用支點支控起來，將摩擦過的物體靠近磁針一端，根據(jù)磁針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即可判定摩擦后的物體是否帶電（即是“電氣素”還是“非電氣素”）。
在《磁石論》中，吉爾伯特以較長篇幅介紹了對天然磁石和地球磁場的實驗研究成果,他利用天然磁石制成的小磁石球（他取名為“小地球”）進行實驗，發(fā)現(xiàn)在小磁石球作用下,小磁針的偏轉(zhuǎn)行為與地球上的指南針極為相似，由此他聯(lián)想到地球可能是一個大磁石,只是上面浮著一層水、巖石和泥土，指南針的指向作用就是地球大磁石和指南針（磁針）之間同極相斥、異極相吸而產(chǎn)生的。從這一推斷出發(fā)，他對磁傾角和磁偏角現(xiàn)象進行了解釋。他認為磁傾角是由于指南針在地球不同緯度上的受力方向與該緯度水平方向間存在一個夾角所致；而磁偏角是由 于地球上磁性僅存在于陸地，水不會磁化,不同地方陸地對磁 針的吸引力不同而造成的（顯然這種解釋是不正確的）。在認定地 球是一塊大磁石的前提下，吉爾伯特還設想太陽也是一塊大磁 石，它對行星發(fā)出的磁性引力使行星繞太陽旋轉(zhuǎn)。
吉爾伯特還將電和磁進行了對比，指出：“琥珀力的大小能夠用潮氣、紙或麻布來加以控制,而磁石的吸力能透過水、厚 木板和石板。磁性物質(zhì)只能相互吸引，而電卻能夠吸引一切物質(zhì)”，認為“這是兩種截然不相同的自然現(xiàn)象，不能把它們混為一談。”現(xiàn)在看來,吉爾伯特的這種認識是不正確的。另外，他在電、磁學上最先使用了電吸引、電力、磁極等術(shù)語。
吉爾伯特是世界上第一個對電、磁進行科學實驗和研究的科學家，是建立近代電學、磁學的先行者,因 此被譽為“磁學之父”“磁學的伽利略”“電學之父”。他的著作《磁石論》對后世影響深遠,許多科學家正是 沿著他開辟的道路繼續(xù)進行電、磁學的探索。當然，作為科學泰斗，他一言九鼎，認為“電和磁是截然不同的兩種自然現(xiàn)象”的錯誤觀點，也束縛了某些科學家（如庫侖、安培）的思想,一定程度上影響了人們對電、磁現(xiàn)象間相互聯(lián)系、相互作用的探索。[1]
蓬勃發(fā)展時期
在17世紀到18世紀初，隨著更好的電荷源被開發(fā)出來，對電效應的研究變得越來越受關(guān)注。第一臺能產(chǎn)生電火花的機器是由德國物理學家和工程師奧托·馮·格里克（德語：Otto von Guericke，1602年11月20日~1686年5月11日 ）在1663年制造的。奧托·馮·格里克發(fā)明的摩擦式靜電發(fā)生器依靠摩擦電效應，這是兩種材料相互摩擦時產(chǎn)生的小電流。機器上有一個旋轉(zhuǎn)的硫磺球，當旋轉(zhuǎn)時，通過用手摩擦硫磺會積累靜電荷。后來的研究表明，也可以使用其他材料，例如玻璃。
奧托·馮·格里克發(fā)明的摩擦式靜電發(fā)生器
英國化學家斯蒂芬·格雷（1666 年 12 月 – 1736 年 2 月 7 日，英國染色師和天文學家）被認為是第一個系統(tǒng)地進行導電實驗的人。他發(fā)現(xiàn)，當玻璃管被摩擦時，插在玻璃管兩端的瓶塞會通電。他還通過一根由絲繩支撐的麻線將電流傳送了大約150米，在另一次演示中，他通過金屬線將電流傳送得更遠。他還首先區(qū)分了導體和絕緣體，發(fā)現(xiàn)了靜電感應的遠距離作用現(xiàn)象。
從 18 世紀中葉到 19 世紀初，科學家們認為電是由流體組成的。1733年法國化學家查爾斯·弗朗索瓦·德·西斯特奈·杜費( Charles Fran?ois de Cisternay DuFay)宣布電由兩種流體組成：“玻璃電”（來自拉丁語中的“glass”）或正電；和“樹脂電”或負電。當杜費給一根玻璃棒通電時，它會吸引附近的軟木塞。然而，如果玻璃棒接觸到軟木碎片，軟木碎片就會相互排斥。杜費解釋了這種現(xiàn)象，一般情況下，物質(zhì)是電中性的，因為它包含等量的兩種流體；但是，如果摩擦使物質(zhì)中的流體分離并使其不平衡，則該物質(zhì)會吸引或排斥其他物質(zhì)。
杜費總結(jié)出靜電學的第一個基本原理——帶同樣性質(zhì)電荷的物體互相排斥，帶不同性質(zhì)電荷的物體互相吸引，以及物體帶電的3種方式——摩擦帶電、傳導帶電和感應帶電;另外,他還與在電學上多有建樹的諾萊(Nollet, 1700—1770)一道,親身進行過人體導電實驗。
1745年，荷蘭萊頓的物理學家和數(shù)學家Pieter van Musschenbroek發(fā)明了一種便宜又方便的電火花來源。后來被稱為萊頓瓶，它是第一個可以儲存大量電荷的設備。同時期德國主教克萊斯特(E. Georg von Kleist, 1700-1748)在1745年也發(fā)明了一種儲存電荷的裝置。但由于Musschenbroek時任萊頓大學教授,加之他名氣很大，并首先將該裝置用于實驗， 因此習慣上稱這種裝置為萊頓瓶(Leyden jar)。萊頓瓶通過將導電線裸露的一端與產(chǎn)生靜電的摩擦裝置接觸而充電。作為原始形式的電容器，萊頓瓶曾被用來作為電學實驗的供電來源，也是電學研究的重要基礎。萊頓瓶的發(fā)明，標志著對電的本質(zhì)和特性進行研究的開始。
萊頓瓶
在Musschenbroek的萊頓瓶出現(xiàn)后一年內(nèi)，英國內(nèi)科醫(yī)生兼科學家威廉-沃森（William Watson）建造了一個更復雜的萊頓瓶；他在容器的內(nèi)部和外部涂上金屬箔，以提高其儲存電荷的能力。1747年，威廉-沃森通過一根橫跨泰晤士河的西敏斯特大橋上的電線，從他的裝置中發(fā)射了電火花。威廉-沃森就展示了在電線上利用大地作為回流導體傳輸電流的可能性。因此，以大地為回流導體的架空單線是第一條傳輸線。
在美國，本杰明-富蘭克林賣掉了他的印刷廠、報紙和年鑒，把時間用于進行電學實驗。1752年，富蘭克林通過在雷雨期間放飛一個絲質(zhì)風箏，證明了閃電是電傳導的一個例子。他通過將濕麻繩系在一把鑰匙上，然后系在一個萊頓瓶上，從云中收集電荷。然后，他利用閃電中積累的電荷進行了電學實驗。富蘭克林提出了現(xiàn)在被稱為電荷守恒的定律（在一個孤立的區(qū)域內(nèi)，電荷的凈和總是不變的）。與威廉-沃森一樣，他不同意杜費的雙流體理論。富蘭克林認為，電是由一種液體的兩種狀態(tài)組成的，這種液體存在于一切事物之中。含有異常大量液體的物質(zhì)將是 “正 “的，或帶正電。含有少于正常數(shù)量的液體的物質(zhì)將是 “負的”，或帶負電。富蘭克林的單流體理論主導了100年的電學研究，基本上是正確的，因為大多數(shù)電流是移動電子的結(jié)果。然而，與此同時，基本粒子同時具有負電荷和正電荷，在這個意義上，杜費的雙流體模型是正確的。
關(guān)于風箏實驗
1752年10月19日，富蘭克林在《賓夕法尼亞報》描述了該實驗，但沒有提到實驗人是自己。12月21日，該報告在皇家學會誦讀，在《哲學快報》刊登。1767年，約瑟夫·普利斯特里在其《電學歷史與現(xiàn)狀》中出版細則。富蘭克林小心站在絕緣體上，在屋頂下避雨，以免遭到電擊。俄國格奧爾格·里奇曼教授進行類似的實驗時被電擊致命。
在文章里，富蘭克林提到了危險性，并給出確保安全的措施，如接地。富蘭克林并未像流行小說敘述一般把風箏飛到天上被雷劈中，否則有生命之虞。
富蘭克林的風箏實驗對近代電學產(chǎn)生了深遠的影響，它不僅拓寬了人們對靜電的認識領域，而且還使人們認識到開發(fā)和利用電的廣闊前景。風箏實驗告訴人們，摩擦電和雷電是同一種東西.雷電又有如此巨大的威力,加之當時已能用起電機產(chǎn)生電.因此，一旦能找到更有效的生產(chǎn)電的途徑,也就能獲得像雷電那樣威力無比的能量。從這個意義上講，風箏實驗是近代電學史上一場思想上和觀念上的革命。如果在富蘭克林之前人們多少還把電學實驗作為一種魔術(shù)、游樂活動的話，那么在富蘭克林之后人們已把電學真正當作一門科學，并由此開始探索產(chǎn)生電的新方法。
在進行雷電實驗、研究的過程中，富蘭克林設想可以在屋頂上裝設帶尖端的鐵桿，把雷電引入大地.從而保護建筑物免遭雷擊。1753年，富蘭克林在自己家中安裝了一個尖端避雷裝置，進行觀察實驗，實驗證明它 確實可以把雷電引入大地。不久，這種避雷裝置就在歐洲推廣開來。
英國物理學家約瑟夫·普里斯特利( Joseph Priestley)在他的《The History and Present State of Electricity》（電力的歷史和現(xiàn)狀 1767)一書中中總結(jié)了所有有關(guān)電的數(shù)據(jù)。他重復了富蘭克林的一個實驗，在這個實驗中，富蘭克林把小軟木塞扔進一個高度通電的金屬容器中，發(fā)現(xiàn)它們既不吸引也不排斥。容器內(nèi)部沒有任何電荷，這讓普里斯特利想起了牛頓定律，即中空球體內(nèi)部沒有重力。由此，普里斯特利推斷，電荷間的力定律一定與萬有引力定律相同。即質(zhì)量之間的力與質(zhì)量之間距離的平方成反比遞減。盡管普里斯特利定律是用定性和描述性的術(shù)語來表述的，但它在今天仍然有效。
靜電學和靜磁學定量定律的表述
庫侖（Charles-Augustin de Coulomb，1736年－1806年 ，法國物理學家、軍事工程師、土力學奠基人）在18世紀后半期將電學確立為一門數(shù)學科學。他將普里斯特利的描述性觀察轉(zhuǎn)化為靜電學和磁靜電學的基本定量法。他還發(fā)展了電力的數(shù)學理論，并發(fā)明了扭力天平，該天平在接下來的100年里一直被用于電力實驗。庫侖用天平來測量磁極之間和不同距離的電荷之間的力。1785年，他宣布了他的定量證明，即電和磁力的變化，就像重力一樣，與距離的平方成反比。因此，根據(jù)庫侖定律，如果兩個帶電質(zhì)量之間的距離增加一倍，它們之間的電力量就會減少到四分之一。(英國物理學家亨利-卡文迪許以及蘇格蘭的約翰-羅比森在庫侖之前就已經(jīng)對這一原理進行了定量測定，但他們沒有發(fā)表自己的成果）。
夏爾·奧古斯丁·德·庫侖（Charles-Augustin de Coulomb，1736年－1806年）
法國的西莫恩·德尼·泊松（Simeon-Denis Poisson 1781～1840，法國數(shù)學家、幾何學家和物理學家）和德國的約翰·卡爾·弗里德里希·高斯（1777年4月30日—1855年2月23日， 德國著名數(shù)學家、物理學家、天文學家、幾何學家，大地測量學家）在18和19世紀初擴展了庫侖的工作。泊松方程（發(fā)表于1813年）和電荷守恒定律幾乎包含了所有的靜電學定律。磁靜力學的理論，即對穩(wěn)態(tài)磁場的研究，也是從庫侖定律發(fā)展而來的。磁靜力學使用與電勢類似的磁勢概念（即假設磁極具有與電荷類似的性質(zhì)）。
邁克爾-法拉第（Michael Faraday，1791年9月22日－1867年8月25日，英國物理學家，在電磁學及電化學領域做出許多重要貢獻）在普里斯特利的工作基礎上進行了一項實驗，相當準確地驗證了平方反比定律。法拉第冰桶實驗是法拉第在1843年進行的一項簡單的靜電學實驗，以演示導電容器上的靜電感應現(xiàn)象。法拉第用的是一個裝冰的鐵桶作為容器，實驗因而得名。實驗表明，一導電殼體內(nèi)封入的電荷會在殼上感應出等量電荷，并且在導體中，電荷全部駐留在表面上。它還演示了電磁屏蔽的原理，這在法拉第籠中也有應用。冰桶實驗是第一個對靜電荷的精確的定量實驗。
今天，人們相信守恒是電荷的一個基本定律，這不僅是基于富蘭克林和法拉第的實驗，也是基于它與電氣工程、量子電動力學和實驗電學中的所有觀察結(jié)果完全一致。隨著法拉第的工作，靜電學的理論已經(jīng)完成。
電化學和電動力學的基礎
伏打電堆是1800年3月20日意大利教授亞歷山德羅·朱塞佩·安東尼奧·阿納斯塔西奧·伏特(意大利語：Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta，1745年2月18日－1827年3月5日)發(fā)明的世界上第一個發(fā)電器，也就是電池組，伏打電堆開創(chuàng)了電學發(fā)展的新時代。伏打電堆是由多層銀和鋅疊合而成，其間隔有浸漬水的物質(zhì)，亦稱伏特電池。
公元1786年，意大利物理學家、醫(yī)生伽伐尼在實驗室解剖青蛙，把剝了皮的蛙腿，用刀尖碰蛙腿上外露的神經(jīng)時，蛙腿劇烈地痙攣，同時出現(xiàn)電火花。經(jīng)過反復實驗，他認為痙攣起因于動物體上本來就存在的電，他還把這種電叫做“動物電”。五年后，他把自己長期從事蛙腿痙攣的研究成果發(fā)表。這個新奇發(fā)現(xiàn)，引起科學界大為震驚。公元1799年，伏特在過了四十五歲生日后，受伽伐尼的影響，決定沿著“動物電”的路子研究下去。
伏特把一個金屬鋅環(huán)放在一個銅環(huán)上，再用一塊浸透鹽水的紙或呢絨環(huán)壓上，再放上鋅環(huán)，銅環(huán)，如此重復下去，10個、20個、30個疊成了一個柱狀，便產(chǎn)生了明顯的電流。這就是后人所稱的伏打電堆或伏特電池（因音譯不同，也稱為伏特電堆或伏打電池）。這柱疊得越高，電流就越強。這是為什么呢？原來伏特經(jīng)過實驗創(chuàng)立了一個了不起的電位差理論。就是說不同金屬接觸，表面就會出現(xiàn)異性電荷，也就是說有電壓。他還找到了這樣一個序例：.鋁、鋅、錫、鎘、銻、鉍、汞、鐵、銅、銀、金、鉑、鈀。在這個序列中任何一種金屬與后面的金屬相接觸時，總是前面帶上正電，后面帶負電。這是世界上第一個電氣元素表。只要有了電位差、電勢差，即電壓，就會有電流。如此，人們對電的認識一下于就躍出了靜電的領域，就不再是摩擦毛皮上的電，雷雨中的電，萊頓瓶里的電，也不只是動物身上的電，而是能控制流動的電。科學家阿拉果在1831年寫的某篇文章中這樣稱贊福特電池：“這種由不同金屬中間用一些液體隔開而構(gòu)成的電堆，就它所產(chǎn)的奇異效果而言，乃是人類發(fā)明的的最神奇的儀器。”
伏特電池的問世，給人們提供了一種產(chǎn)生穩(wěn)定電流的裝置，為人類進行電學研究創(chuàng)造了條件，許多科學家都轉(zhuǎn)而進行電學研究工作，電學研究領域熱鬧起來。相比之下，磁學研究卻冷冷清清。由于受吉爾伯特”電和磁是截然不同的自然現(xiàn)象”這一錯誤理論的束縛,人們尚未注意考察、研究電和磁的親緣關(guān)系。
一旦科學家能夠用電池產(chǎn)生電流，他們就可以定量地研究電流的流動。有了電池，德國物理學家格奧爾格·西蒙·歐姆能夠在1827年通過實驗精確地量化一個問題，即材料導電的能力，而卡文迪什只能在大約50年前定性地研究這個問題。歐姆定律解釋了電荷流動的阻力如何取決于導體的類型及其長度和直徑。根據(jù)歐姆公式，流過導體的電流與電位差或電壓成正比，與電阻成反比，也就是說，I = V/R。因此，電線的長度增加一倍，電阻就增加一倍，而電線的橫截面積增加一倍，電阻就減少一半。歐姆定律可能是電氣設計中應用最廣泛的方程。不過，歐姆的研究用的不是起初的伏特電池，其主要原因是伏特電池提供的電壓不穩(wěn)定，塞貝克在1822年發(fā)現(xiàn)的熱電技術(shù)提供了一個恒定的電壓源來提供持續(xù)的電流。1826年，歐姆利用熱電堆獲得了電壓、電流和電阻之間簡單而有力的關(guān)系。這就是電路理論的開始。
電磁現(xiàn)象的實驗和理論研究
物理學發(fā)展的一個重大轉(zhuǎn)折點是漢斯·克里斯蒂安·奧斯特（丹麥語：Hans Christian ?rsted，1777年8月14日－1851年3月9日）在1820年宣布電流會產(chǎn)生磁效應。奧斯特是在一個物理課的講課時發(fā)現(xiàn)這一發(fā)現(xiàn)的。他偶然把一根帶電流的電線放在指南針附近，驚訝地發(fā)現(xiàn)指南針與電線成直角擺動。奧斯特的偶然發(fā)現(xiàn)證明了電和磁是相互聯(lián)系的。他的發(fā)現(xiàn)，以及法拉第隨后發(fā)現(xiàn)的變化的磁場會在附近的電路中產(chǎn)生電流，為詹姆斯·克拉克·麥克斯韋的統(tǒng)一電磁學理論和大多數(shù)現(xiàn)代電磁技術(shù)奠定了基礎。
當奧斯特的實驗揭示了電流有磁場效應后，科學家們意識到在電流之間一定存在著磁力。他們立即開始研究這些力。法國物理學家弗朗索瓦·讓·多米尼克·阿拉戈（法語：Fran?ois Jean Dominique Arago，1786年2月26日－1853年10月2日 法國數(shù)學家、物理學家、天文學家和政治家，曾任法國第25任總理）在1820年觀察到，電流會使未磁化的鐵屑環(huán)繞繞著電線排列。同年，另一位法國物理學家安德烈-馬里·安培 （法語：André-Marie Ampère，F(xiàn)RS，1775年1月20日－1836年6月10日 法國物理學家、數(shù)學家，經(jīng)典電磁學的創(chuàng)始人之一)以定量的方式發(fā)展了奧斯特的觀測。安培研究表明，兩根平行的電線像磁鐵一樣相互吸引和排斥。如果電流沿同一方向流動，導線就會相互吸引;如果它們向相反的方向流動，導線就會相互排斥。通過這個實驗，安培能夠表達磁場中電流的力方向的右手法則。他還從實驗上定量地建立了電流之間的磁力定律。他認為，內(nèi)部電流是永久磁鐵和高磁化材料(如鐵)的原因。
19世紀20年代，英國的威廉·斯特金和美國的約瑟夫·亨利利用奧斯特的發(fā)現(xiàn)開發(fā)了電磁鐵。斯特金用18圈裸露的銅線繞著一根U形鐵棒。當他打開電流時，棒子變成了一個電磁鐵，能夠舉起自身重量20倍的東西。當電流關(guān)閉時，金屬棒就不再磁化了。1829年，亨利重復了斯特金的工作，使用絕緣電線防止短路。通過將導線纏繞鐵棒多達數(shù)百圈，亨利創(chuàng)造了一種可以舉起一噸多鐵的電磁鐵。
約瑟夫·亨利
奧斯特的實驗表明，電可以產(chǎn)生磁效應，那反過來磁能在另一個電路中誘發(fā)電流嗎?法國物理學家奧古斯丁·菲涅耳（法語：Augustin-Jean Fresnel，法國物理學家，波動光學理論的主要創(chuàng)建者之一）認為，既然金屬螺旋線內(nèi)部的鋼條可以通過通過螺旋的電流被磁化，那么條形磁鐵反過來也應該在包絡的螺旋線中產(chǎn)生電流。在接下來的十年里，人們設計了許多巧妙的實驗，但對于在靠近磁鐵的線圈中感應到穩(wěn)定電流的預期，導致實驗人員要么意外地遺漏了，要么沒有認識到由磁鐵引起的任何瞬態(tài)電效應。
法拉第的電感應發(fā)現(xiàn)
法拉第是19世紀最偉大的電學和磁學實驗家，也是有史以來最偉大的實驗物理學家之一，他斷斷續(xù)續(xù)研究了10年，試圖證明磁鐵可以產(chǎn)生電。1831年，他通過使用兩個繞在軟鐵環(huán)兩邊的線圈，終于獲得了成功。第一個線圈被連接到一個電池上；當電流通過線圈時，鐵環(huán)被磁化。第二個線圈的一根導線被延伸到一米外的羅盤針上，這個距離足以使它不被第一個電路中的任何電流直接影響。當?shù)谝粋€電路被打開時，法拉第觀察到羅盤針有瞬間的偏移，并立即回到原來的位置。當初級電流被關(guān)閉時，羅盤針也發(fā)生了類似的偏轉(zhuǎn)，但方向相反。在其他實驗的基礎上，法拉第表明，第一個線圈周圍磁場的變化是誘發(fā)第二個線圈中的電流的原因。他還證明，通過移動磁鐵、打開和關(guān)閉電磁鐵，甚至通過在地球磁場中移動電線，都可以誘發(fā)電流。在幾個月內(nèi)，法拉第造出了第一臺原始的發(fā)電機。
法拉第的電磁感應實驗設備
早在法拉第之前，亨利在1830年就完全獨立地發(fā)現(xiàn)了電磁感應定律，但他的成果直到他收到法拉第1831年工作報告的消息之后才發(fā)表，他也沒有像法拉第那樣充分地發(fā)展這一發(fā)現(xiàn)。
法拉第并不是唯一一個為電、磁和其他物理領域的綜合奠定基礎的研究者。在歐洲大陸，主要是在德國，科學家們正在電、磁和光學之間建立數(shù)學聯(lián)系。物理學家弗朗茨·恩斯特·諾伊曼（Franz Ernst Neumann）, 威廉·愛德華·韋伯（Wilhelm Eduard Weber）和海因里希·楞次（H.F.E. Lenz）的工作就屬于這一時期。與此同時，赫爾曼·馮·亥姆霍茲（德語：Hermann von Helmholtz，1821年8月31日－1894年9月8日）和英國物理學家威廉·湯姆森（William Thomson, 1st Baron Kelvin，1824年6月26日－1907年12月17日 后來的開爾文勛爵）以及詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（英語：James Prescott Joule，1818年12月24日－1889年10月12日，應該物理學家）正在闡明電和其他形式的能量之間的關(guān)系。在19世紀40年代，焦耳研究了電流和熱之間的定量關(guān)系，并提出了伴隨導體中電流流動的熱效應理論。亥姆霍茲、湯姆森、亨利、古斯塔夫·基爾霍夫和喬治·加布里埃爾·斯托克斯爵士也擴展了導體中導電和電效應傳播的理論。1856年，韋伯和他的德國同事魯?shù)婪颉た茽杽谑┐_定了電和磁單位的比例，發(fā)現(xiàn)它與光的維度相同，而且?guī)缀跬耆扔诠馑佟?857年，基爾霍夫利用這一發(fā)現(xiàn)證明了電擾動以光速在高導電性導線上傳播。
麥克斯韋的電磁學統(tǒng)一理論
麥克斯韋在將電和磁綜合為一個統(tǒng)一的理論方面邁出了最后一步。他深受法拉第工作的影響，麥克斯韋將法拉第的實驗結(jié)果轉(zhuǎn)換成了數(shù)學描述。(1856年，麥克斯韋提出了電磁場的能量存在于導體周圍的空間以及導體本身的理論。到1864年，他發(fā)表了光的電磁理論，預測光和電磁波都是電和磁現(xiàn)象。法拉第發(fā)現(xiàn)磁場的變化會產(chǎn)生電場，而麥克斯韋則補充道：即使沒有電流，電場的變化也會產(chǎn)生磁場。麥克斯韋預言，在自用空間中傳播的電磁波具有相互成直角的電場和磁場，而且這兩個場都垂直于波的方向。他的結(jié)論是，波的運動速度等于光速，光是電磁波的一種形式。
麥克斯韋方程組代表了經(jīng)典電磁理論的巔峰。這一理論的后續(xù)發(fā)展要么涉及電磁學和物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，要么涉及麥克斯韋方程的實際和理論結(jié)果。他的公式經(jīng)受住了相對論和量子力學的考驗。他的公式適用于10的負10次方厘米的微小距離，也就是比一個原子小100倍的距離。
由于麥克斯韋方程組完全不能表達光子的概念，任何涉及到單獨光子的現(xiàn)象，例如光電效應、普朗克定律、單光子探測器等等，假若使用麥克斯韋方程組來解釋，都會遇到困難。對于這些案例，必須用量子電動力學的理論來給予解釋。
1884年，奧利弗·亥維賽將麥克斯韋方程組改寫為今天人們所熟知的形式。赫茲以標量形式獨立重寫了麥克斯韋方程，使用了12個沒有電勢函數(shù)的方程。赫茲是在亥維賽之后才提出這些方程的。1884年，坡印廷計算了電磁波傳輸?shù)墓β省ＵJ識到亥維賽和赫茲在重新制定麥克斯韋方程組方面的貢獻，洛倫茨稱電磁場方程為麥克斯韋-海維塞德-赫茲方程。
盡管麥克斯韋的觀點很優(yōu)雅，但在英國以外的地方很少有人接受，直到1886年，德國物理學家海因里希-赫茲驗證了以光速運動的電磁波的存在；他發(fā)現(xiàn)的波現(xiàn)在被稱為無線電波。
在研究電磁波的過程中，赫茲發(fā)明了以赫茲偶極子作為發(fā)射天線，矩形線環(huán)作為接收天線，以及火花間隙作為發(fā)射器和探測器來檢測傳播的電磁波的裝置。因此，他在實驗中證實了麥克斯韋方程的有效性，并打開了無線通信的宏偉大門。
