Lịch sử Điện từ học

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 chệch hướng chúng khỏi tiến trình.

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 công cụ từ tính 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.

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 ghép cặp 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 to lớn. 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 về trí tuệ.

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.

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 feet. 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.

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 các nhận thêm điện tích, theo lí thuyết của Franklin, là dương, còn các chất 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.

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 này nhiễm điện 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.

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, 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 ra nó 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.

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 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 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, 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 theo tên ông.

 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 nhât 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.

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 ban 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.

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 độn 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 cỗ 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 phát triển 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.

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 thì 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 tryền 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.

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 ké chiến bại trong “Chiến tranh Điện” vào thập niên 1880, như tranh luận giữa hai nhà phát minh cho thấy. Cho dù 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 bớiwj thành công của sự trình diễn chiếu sáng tại Hội chợ quốc tế Chicago và nhà máy điện DC 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 tim 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.