Kehribarın ovulduğunda ufak nesneleri çekmesi M.Ö 600 yıllarında yaşamış olan,Yunan filozofu Thales zamanında biliniyordu. Diğer filozof, Theophrastus, Thales’den üç yüzyıl sonra olağanüstü cisimler hakkında bir tez yazmıştı. Elektrik ve manyetizma hakkında M.S 1600 yıllarında İngiliz fizikçi William Gilbert araştırmalarına kadar hiç bilimsel çalışma yapılmamıştır. Gilbert ilk kez elektrik adını kullanmış (Yunanca elektron, “kehribar”) elektrik ve manyetizma arasındaki ilişkiyi tanımlamıştır.
Elektrikle çalışan ilk cihaz 1672 yılında Alman fizikçi Otto von Guericke tarafından yapılan yoğunlaştırılmış iki kükürt kürenin zıt yönde döndürülmesi ile elektrik üreten elektrostatik bir makinaydı. Fransız bilimadamı Charles Francois de Cisternay Du Fay elektiğin pozitif ve negatif olarak iki farklı tipinin bulunduğunu açıkladı. 1745 de kondansatörün ilk biçimi olan Leyden Şişesi geliştirildi. Leyden şişesi yoğunlaştırılmış cam şişenin içine ve dışına birbirlerinden yalıtılmış kalay lehvaları yerleştirilerek yapılmıştı. Kalay lehvalar elektrostatik bir makina tarafından şarj edildiğinde ve iki ucuna birden dokunulduğunda şiddetli bir elektrik şoku üretebiliyorlardı.
Benjamin Franklin elektrikle ilgili araştırmalara pek çok zaman harcadı. Onun ünlü uçurtma deneyi, aynen leyden şişesinde olduğu gibi, atmosfer elektriğinin şimşek ve gökgürültüsüne neden olduğunu kanıtladı. Franklin, tüm maddelerde elektrik iletkenliğinin var olduğunu fakat maddenin özelliğine göre bu iletkenliğin az veya çok olarak değer değiştirdiğini teori olarak öne sürdü.
İngiliz kimyacı Joseph Priestley 1766’da elektrik kuvvetleri arasında uzaklığın tersi ile bağlantılı bir oran olduğunu deneysel olarak kanıtladı. Charles Augustin de Coulomb bireysel olarak elektrik üreten cihazların güçlerinin orantılı olarak birleştirilebileceğini gösterdi. Faraday, 19. Yüzyılın başlarında elektrik kuvvetleri ile ilgili bir çok matematiksel katkıda bulunmuştur.
İtalian fizikçi Luigi Galvani ve Alessvero Volta elektikle ilgili önemli deneyleri yürüttüler. Galvani, kurbağa bacaklarına elektrik verip kas hareketlerini inceledi. Volta 1800 yılında elektrokimyasal yöntemlerle yaptığı ilk elektrik pilinin duyurusunu yaptı.
Danimarkalı bilimadamı Hans Christian Oersted 1819’da manyetik alan olan yerde elektrik akımının oluşturulabileceğini örneklerle kanıtladı. 1831’de Faraday kablodan yapılan bir bobine elektrik verildiğinde bobinin çevresinde elektromanyetizma oluşacağını kanıtladı. 1840 yıllarında James Prescott Joule ve Alman bilimadamı Hermann Ludwig Ferdinve von Helmholtz elektriğin bir enerji şekli olduğunu ve belli kanunlara riayet ettiğini örnekle kanıtladılar.
19. yüzyılda elektrik hakkında önemli bir katkı da İngiliz matematikçi ve fizikçi James Clerk Maxwell’den gelmiştir. Maxwell elektromanyetik dalgaların özelliklerini araştırdı ve elektrik ile benzerliklerinin olduğunu ispatladı.
Onun çalışmaları 1886 da atmosferde ilk elektrik dalgaları üretme, yayma işlemlerini gerçekleştiren Alman fizikçisi Heinrich Rudolf Hertz ve 1896 da bu dalgaları kullanarak iletişimin temeli olan radyo sinyalleşmesini gerçekleştiren İtalian mühendis Guglielmo Marconi için yol gösterici olmuştur.
Hollandalı fizikçi Hendrik Antoon Lorentz tarafından 1892 yılında geliştirilen elektron teorisi, modern elektrik teorisinin temelidir. Elektron üstündeki elektrik miktarı ilk kez Amerikan fizikçi Robert Verews Millikan tarafından 1909 da kesin olarak ölçülmüştür. Elektriğin bir güç kaynağı olarak yagın kullanımı Thomas Alva Edison, Nikola Tesla, ve Charles Proteus Steinmetz gibi öncü Amerikan mühendislerinin çalışmalarıyla gelişmiştir.
Elektrik ve mıknatıs (magnet) sözcüklerinin kökeni eski Yunanca’dan gelmektedir. Elektrik sözcüğünün kaynağı “kehribar” anlamına gelen Yunanca elektron sözcüğüdür. Mıknatıs sözcüğünün de, mıknatıs taşlarına oldukça sık rastlanan Batı Anadolu’daki Magnesia (bugünkü Manisa) bölgesinden türediği sanılmaktadır. Çinlilerin M.Ö. 1100 yıllarında mıknatıs taşları ile mıknatısladıkları madenî iğnelerden bir tür pusula yaptıklarını ve denize açıldıklarında bunlardan yararlandıklarını bilinir. Ancak elektrik ve magnetizma ile ilgili elimizdeki ilk yazılı belgeler eski Yunan filozof Tales’in (M.Ö. 625 – M.Ö. 545) elektriğe ve magnetizmaya ilişkin önemli gözlemlerde bulunduğu, Aristoteles’in yazılarından öğreniyoruz. Bu gözlemlerinde Tales, kehribarın hafif cisimleri ve mıknatıs taşının da demiri çekebilme özelliği bulunduğunu saptamıştır. Hatta daha da ileri giderek bu iki tür olay arasında ilişki kurmaya çalışmıştır. Romalı şair Lukretyüs, De Nerum Natura adlı yapıtında mıknatıs taşının demir halkaları çekebildiğinden söz etmektedir.
Bilimsel çalışmaların ve düşünsel gelişmelerin Batı da çok yavaşladığı Ortaçağ döneminde en göze çarpan yenilik, kehribar ve mıknatıs taşı üzerine yaptığı gözlemlerle Rönesans bilimcilerine ilham veren ünlü İngiliz bilimcisi Roger Bacon’ın öğrencisi Peter Peregrinus’un 1269 yılında, pusulanın ilkel biçimini tanımlaması olmuştur.
Ancak pusulanın Peregrinus tarafında icat edilmediği ve Avrupalıların bu aygıtın varlığını ve özelliklerini, Müslümanlar aracılığıyla Çinlilerden öğrendiği tarihçilerin genel olarak kabul ettikleri bir görüştür. Pusulanın o dönemin en önemli teknolojik buluşu olması ve pratikte görülen büyük yararları, magnetizma olgusu üzerine ilginin ve çalışmaların artmasına yol açmıştır. Bu konudaki ilk önemli yapıtın yazarı William Gilbert (1544 – 1603)’dir. İngiltere Kraliçesi I. Elizabeth’in doktoru olan Gilbert’in De Magnete adlı kitabı 1600 yılında yayımlandı. Gilbert bu kitabında, dünyanın küresel bir mıknatıs olduğunu ve pusulanın ibresinin dünyanın magnetik kutbunu gösterdiğini ortaya koyarak magnetizma teorisine çok büyük bir katkıda bulundu. Pusula ibresinin, kuzey – güney doğrultusunun yanı sıra düşey yönde sapma gösterdiğini ilk kez söyleyen de Gilbert olmuştur.
Magdeburg kenti belediye başkanı Otto von Guericke (1602 – 1686), 1660 yılında elektriksel yük üreten ilk makinayı yaptı. Bu makina, kayışlı bir makara düzeneği aracılığıyla elle döndürülen kükürt bir küreden oluşuyordu. Çeşitli cisimlerin dönmekte olan kükürt küreye sürtünmesiyle belirli düzeylerde statik elektrik üretiliyordu. Avrupa’da kısa sürede büyük bir üne kavuşan bu makina ile Guericke, elektriksel itme ilkesini kurmuş ve yaygınlaştırmış oluyordu.
Elektriğin iletilebileceğini kanıtlayan ilk deneyler Stephen Gray (1696 – 1736) adlı bir İngiliz tarafından yapılmıştır. Elektriklenmiş bir şişede elektriğin, şişenin mantar kapağına da geçtiğini gören Gray, bu gözleminden hareket ederek ipek, cam, metal çubuk ve benzeri cisimleri ard arda bitiştirerek elektriğin bu cisimler aracılığla iletilebileceğini gösterdi. 1729’da yaptığı bu tür bir deneyde elektriği 255 metrelik bir uzaklığa kadar iletmeyi başardı. Çeşitli maddeleri iletken ve yalıtkan olarak ilk kez sınıflandıran da Stephen Gray olmuştur.
XVIII. yüzyılın en gözde buluşlarından biri, Leiden şişesidir. Alman E.G. von Kleist ile Leiden (Hollanda’da bir kent) Üniversitesi matematik profesörlerinden Pieter van Musschenbroek’in 1745 ve 1746’da birbirlerinden bağımsız olarak buldukları bu aygıt, içine metal bir çubuk batırılmış su dolu bir cam şişeden oluşuyordu. Cam şişenin izolatör rolü gördüğü tarihteki bu ilk kondansatör, elektriği depolanarak çeşitli deneylerde bir kaynak olarak kullanılabilmesine olanak sağlıyordu.
Leiden şişesinin bulunmasının ardından elektriğin iletimine ilişkin deneyler arttı. Fransa’da yapılan bir deneyde Leiden şişesindeki elektrik 4 km. uzaklığa iletildi. Öte yandan elektriğin iletilebilir olması, onun hızının ne olduğunun merak edilmesine yol açtı. Fransa’da ve İngiltere’de elektriğin hzını ölçme deneyleri yapıldı. Bu deneylerin sonucunda elektriğin aynı anda kilometrelerce öteye ulaştığı düşüncesinden öteye gidilemedi.
Elektrik yüklerinin artı ve eksi olarak belirlenip adlandırılmasını sağlayan Benjamin Franklin (1706 – 1790)’dir. Franklin, yaptığı çeşitli deneylerin sonucunda elektriğin belirli ortamlarda fazla veya eksik ölçülerde bulunabilen bir sıvı olduğu görüşüne vardı. Her ikisinde de elektrik eksikliği ya da fazlalığı bulunan cisimlerin birbirini ittiğini, birinde eksiklik diğerinde fazlalık olan cisimlerin ise birbirlerini çektiğini ileri sürdü. Fazlalığı artı elektrik, eksikliği ise eksi elektrik olarak adlandırdı.
Leiden şişesiyle ilgili deneyleri de sürdüren Franklin, Leiden şişesinden boşalan elektriğin oluşturduğu çatırtılar ve kıvılcımlar ile fırtınalı havalardaki gök gürültüsü ve şimşek arasında bir ilişki olması gerektiğini düşündü ve 1752’de, fırtınalı bir havada uçurduğu bir uçurtma ile bir Leiden şişesini yüklemeyi başardı. Franklin’in bu deneyden pratik yararlar elde etme yönündeki girişimleri paratonerin bulunmasına giden yolu açtı. Bu nedenle, yıldırıma karşı bir korunma aracı olarak kullanılan ve toprağa bağlı bir metal çubuktan ibaret olan paratonerin gerçek yaratıcısı Franklin’dir. 1782 yılında Amerika’nın Philadelphia kentinde paratoner kullanan konut sayısı 400’ü geçiyordu.
Elektriğin XVIII. yüzyıl tarihindeki en önemli simanın Coulomb ve en büyük bilimsel keşfin de Coulomb Yasasının formüle edilmesi olduğunu söyleyebiliriz. Fransız fizikçi Charles Augustin de Coulomb (1736 – 1802), elektriğin niceliksel işlemler ve ölçümler ifade edilebilen bir kavram ve bilim dalı haline getirilmesine çok büyük katkılarda bulunmuştur. Coulomb, 1777 yılında, yüklü iki metal küre ya da iki mıknatıs kutbu arasındaki itme veya çekme kuvvetini duyarlı bir biçimde ölçebilen burulmalı tartı aygıtını gerçekleştirdi; bu aygıtı icat etmesi nedeniyle 1781’de Fransız Bilimler Akademisi’ne seçildi. 1785’de ise bu tartı aygıtını kullanarak iki yük arasındaki itme veya çekme kuvvetinin, yüklerin çarpımı ile doğru, aradaki uzaklığın karesi ile ters orantılı olduğunu deneysel olarak gösterdi. Günümüzde Coulomb yasası olarak bilinen bu büyük bilimsel keşif, elektriğin bir bilim dalı haline gelmesinde temel nitelikte bir rol oynamıştır. Coulomb yasası, Newton’un kütle çekimi yasasının elektrikteki karşılığıdır (Kütle çekimi yasasından farklı olarak elektrikte iki yük arasında itme kuvvetinin varlığı da söz konusudur).
XVIII. yüzyılın sonlarında gerçekleştirilen çok önemli bir buluş da pildir. Pil sayesindedir ki, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürücek sürekli bir akım elde edebilme olanağı doğmuştur. İtalyan hekim ve fizik bilgini Luigi Galvani (1737 – 1798), hayvanların dokularında bir tür elektrik bulunduğuna inanıyordu. Laboratuvardaki kurbağalardan birinin açıktaki sinirlerine makasla dokunduğunda ölü hayvanın kaslarının kasıldığını fark etmişti. Galvani’ye göre,”hayvansal elektrik” adını verdiği bu yeni güç, sürtünmeyle oluşan statik elektrikten farklı, yeni bir elektrik biçimiydi. Pavia Üniversitesi’nde fizik profesörü olan Alessandro Volta (1745 – 1827), Galvani’nin bu fikrine karşı çıktı ve oluşan elektriğin kaynağının kurbağa değil, ona dokundurulan metal parçaları olduğunu ileri sürdü. Galvani ile Volta arasındaki bu tartışma başka bilim adamlarının da katılımıyla yıllarca sürdü ve ancak Volta’nın 1800 yılında Royal Society’ye yazdığı yazıda, iki metal plaka arasına tuz karışımlı sıvı koyarak elektrik akımı elde etmiş olduğunu bildirmesiyle sona erdi. Böylece ilkel biçimiyle pil icat edilmiş oluyordu. Volta daha sonra buluşunu geliştirdi ve tuzlu suyla nemlendirilmiş kartonlarla birbirlerinden ayrılmış ince bakır ve çinko levhaları üst üste koyarak hazırlanabilen piller yaptı. Volta pili kısa bir süre içinde, özellikle kimya dalında olmak üzere önemli gelişmelere yol açtı. İngiliz kimyacı Humphry Davy (1778 – 1829), 1807 yılında, özel olarak yapılmış güçlü bir Volta pilini kullanarak bileşikler içinden elektrik akımını geçirmek suretiyle potasyum ve sodyumu bileşiklerinden ayırmayı başardı. Böylece XVIII. yüzyılın sonunda, sürekli elektrik akımı üretebilen bir kaynağın gerçekleştirilmesiyle, hem elektrokimya dalında büyük adımların atılabilmesi süreci başlamış, hem de yüzyıllar boyunca varlığını korumuş olan elektrik tarihinin en temel sorusunun yani elektrik ile magnetizma arasındaki ilişkinin niteliği konusunun yanıtlanabilmesinin nesnel temeli yaratılmış oldu. Bu sorunun yanıtının artık çok uzun bir süre geçmeden Kopenhag Üniversitesi’nde doğa felsefesi profesörü olan Hans Christian Oersted (1775 – 1851)’den geldi. Oersted, 1819 yılında, öğrencilerine elektrik akımından ısı elde edilmesini göstermek amacıyla Volta piliyle deney yaparken önemli bir olguya tanık oldu. Kullandığı elektrik devresinin açılma ve kapanma anlarında, yakındaki bir mıknatıslı pusulanın iğnesinde sapmalar oluyordu. Gözlemlerini sürdüren Oersted bir telin içinden akım geçirildiğinde elektrik akımının telin çevresinde bir magnetik alan oluşturduğu sonucuna vardı. Oersted’in yaptığı deneylerin sonuçlarını 1820 yılında yayınlanması, bilim dünyasında büyük yankılar yarattı.
Oersted’in keşiflerinin yayınlanmasından bir hafta sonra Fransız matematikçi ve fizikçi André Marie Ampére (1775 – 1836), bu yeni olguyu betimleyen ve Ampére Yasası olarak adlandırılan bir elektromagnetizma yasası formüle etti. Bu yasa magnetik alan ile bu alanı doğuran elektrik akımı arasındaki bağıntıyı matematiksel olarak belirtiyordu. Elektrodinamiğin kurucusu olan Ampére aynı zamanda elektrik ölçme tekniklerini de geliştirdi ve serbestçe hareket eden bir iğnenin yardımıyla elektrik akımını ölçen bir aygıt yaptı.
İletkenlerden geçen elektrik akımına ilişkin çalışmalar yapan Alman fizikçi Georg Simon Ohm (1789 – 1854), bir iletkenden geçen akımın iletkenin uçları arasındaki gerilim ile doğru, iletkenin direnciyle ters orantılı olduğunu buldu. Ohm, günümüzde kendi adıyla anılan bu yasayı ve onunla ilgili düşüncelerini 1827 yılında yayınladı.
XIX. yüzyılda elektrik teori ve pratiğine çok önemli katkılarda bulunmuş iki büyük bilim adamı vardır. Bunlar büyük deneyci İngiliz Michael Faraday (1791 – 1867) ile elektromagnetik kuramının kurucusu İskoç James Clerk Maxwell (1831 – 1879)’dir.
Oersted, elektrik akımının bir magnetik alan oluşturduğunu göstermişti. İngiliz kimyacı ve fizikçi Faraday ise mıknatısların elektrik akımı yarattığını buldu ve mıknatısların oluşturduğu elektrik akımına ilişkin yasayı formüle etti: Akımın şiddeti, iletkeni birim zamanda kesen kuvvet çizgilerinin sayısıyla doğru orantılıydı. Faraday, yaşamı boyunca tüm çalışmalarını düzenli bir biçimde defterine not ediyordu. Ölümünden sonra bu notlar 7 cilt halinde yayınlanmıştır. Faraday, 1822 yılında defterine şu notu düşmüştü; “Magnetizma’yı elektriğe dönüştür!”. Faraday’ın bu bilimsel keşfi, onun sürekli bir akım üretebilen elektrik motorunu buluşuyla sonuçlanmıştır.
Faraday’ın elektriğin yanı sıra kimya alanında da önemli katkıları bulunmuştur. elektrokimyanın kurucusu olarak tanınan Faraday elektroliz yasalarının da kâşifidir. Ayrıca, elektroliz, elektrot, anot, katot gibi günümüzde kullanılan sözcükleri de ilk kez ortaya atan Faraday’dır.
Faraday, ilkelerine son derece bağlı olarak yaşayan bir bilim insanıydı. 1850’li yıllarda İngiltere, Rusya ve Kırım’da savaş halindeyken, İngiliz hükümeti savaşta kullanılmak üzere bir zehirli gaz geliştirmesi için Faraday’a başvurmuştu. Faraday’ın yanıtı çok kesindi: Böyle bir gazın geliştirilmesi mümkündü, ancak kendisinin böyle bir araştırmada yer alması düşünülemezdi.
Bilimsel gelişmeye çok önemli ve özgün katkılarıyla Maxwell, belki ancak Newton’un ve Einstein’ın etkisiyle eş düzeyde tutulabilecek bir etki yaratmıştır. Diğer şeylerin yanı sıra elektromagnetizma kuramı ile gerçekte XX. yüzyıl fiziğine en büyük etkide bulunan XIX. yüzyıl bilimcisidir. Maxwell’in 100. doğum yılında, 1931’de Einstein, Maxwell’in çalışmaları sonucunda fizikteki gerçeklik kavramlarında ortaya çıkan değişiklikleri, Newton döneminden bu yana fiziğin kazandığı en köklü üretici deneyimler olarak tanımladı.
Işığın da bir elektromagnetik dalga olduğu görüşünü benimseyen Maxwell, elektromagnetik radyasyon kavramını ortaya attı ve alan denklemlerini, Michael Faraday’ın elektrik ve magnetik kuvvet çizgileri üzerine oturttu. Bu alan denklemleri daha sonra Einstein’ın özel görecelik kuramının gelişimine yol açtı ve kütle ile enerjinin eşdeğerliği ilkesine temel oluşturdu. Maxwell’in düşünceleri ayrıca XX. yüzyıl fiziğinin öteki büyük keşfi olan kuantum kuramının geliştirilmesine de öncülük etti. Maxwell’in elektromagnetik radyasyonu tanımlaması, ısıl radyasyon yasasının oluşumuna yol açtı ve bu yasa da daha sonra Max Planck’ın kuantum hipotezini formüle etmesine yaradı. Bu hipoteze göre ısı enerjisi yalnızca sınırlı miktarlarda ya da kuantalar halinde yayılır.
Maxwell’in elektromagnetizma üzerine yaptığı çalışmalar onu tarihin en büyük bilim adamları arasına yerleştirmiştir.
Kuramın en iyi açıklaması niteliğindeki “Elektrik ve Magnetizma Üzerine Tezler” adlı yaptının önsözünde, Maxwell yaptığı en büyük şeyin Faraday’ın fiziksel düşüncelerini matematiksel bir yapıya dönüştürmek olduğunu belirtmektedir. Faraday indükleme yasalarını (değişen bir magnetik alan, indüklenmiş bir elektromagnetik alana yol açar) açıklama denemeleri sırasında Maxwell bir mekanik model oluşturdu. O bu modelin, enine dalgalara yataklık yapabilen dielektrik ortam içinde bir deplasman akımına neden olduğunu buldu. Bu dalgaların hızlarını hesapladı ve onların ışık hızına çok yakın olduğunu gösterdi. Maxwell ışığın, elektrik ve magnetizma olgularının nedeni olan enine dalgalanmalar içerdiği sonucuna varmanın kaçınılmaz olduğuna karar verdi.
