雷电的本质
1745年，荷兰莱顿大学的教授马森布洛克和他的朋友库诺伊斯做了一个有趣的实验。他们先用摩擦机产生电，再用金属丝把电引入玻璃瓶内，可以看见闪电的火花。他们一同设想：能不能将电储存起来呢？他们将瓶内灌满水，接通导线，再继续摇动摩擦机，却看不见一个火花。这时库诺伊斯像是要把电捞出来一样，一只手端起瓶子，另一只手到水瓶里去探索，哭然他觉得右臂一阵麻胀，猛然将手缩回来。马森布洛克由此得到启发，将玻璃瓶贴了锡箔制成了能储存电的瓶子，由于马森布洛克是荷兰莱顿人，所以人们将它称为“莱顿瓶”。
一直从事大气电理论研究的富兰克林听说了这个实验，颇受启发。他将天上经常打死人畜的闪光的雷电与地下的电联想到了一起。两种电到底是不是一回事呢？为自己提出这个课题时，富兰克林已经整整40岁了。
1749年，富兰克林在大量实验的基础上证明了闪电是一种电力性质，闪电和电火花具有同样的特性，都是瞬时的，都是相似的光和声，都能燃着物体、熔解金属、流过导体、具有集中于物体尖端等特点。1752年，他用著名的风筝实验，证实了自己的观点：闪电就是一种放电现象。
7月的一天，终于盼来了费城一个大雷雨的天气，富兰克林带着儿子选了一块广阔的草地，按照设定引“天电”的方案，将一只特制的风筝徐徐放到阴雨密布的天空。
突然，一道闪电劈开云层，在天空划了一个“之”字，接着嘎嘣一声脆雷，那如铜钱般的雨点就瓢洒盆泼般地倾了下来。富兰克林让儿子威廉拉紧风筝线站到草地旁边的一所房子屋檐下，这样，靠近手的一节线就不会因淋湿而导电。这一切都是精心设计好的，风筝是绸子制的，不怕雨淋，线是麻绳很结实，靠乎的一节又换成绸带，不导电，麻绳与绸带间用金属线挂一把铜钥匙。
富兰克林站在屋檐下紧张地注视着西边的天空，只见电光一道道闪过，雷声一声更比一声响亮。期盼的现象终于出现了：麻绳上的细纤维一根一根都直竖起来，这说明风筝线上已有电了。富兰克林小心翼翼地将带来的莱顿瓶接在钥匙上，使莱顿瓶充电。然后，他又使莱顿瓶放电。从而证明了聚集在瓶内的电是来自空中的闪电。瓶里的电也有火花，可以点燃酒精灯，可以用它做各种电气实验。天电、地电果然是一样的！
以后，许多科学家又重复了富兰克林的实验，以确证对闪电的认识。经过长期的研究，科学家们逐步揭示了雷电的本质：云层之间，或云层与地面之间，云与空气之间的电位差增大到一定程度时，就会发生猛烈的放电现象，随之产生震耳欲聋的雷鸣。
红外线
1672年，人们发现太阳光（白光）由各种颜色的光复合而成。当时，牛顿作出了单色光在性质上比白光更简单的著名结论。用分光棱镜可把太阳光（白光）分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等单色光。1800年，英国物理学家赫歇尔从热的观点来研究各色光时，发现了红外线。
赫歇尔的职业是牧师，但却对太阳光独有钟情。为此，他专门买了一块很大的玻璃三棱镜放在自己的桌子上，不时欣赏太阳光透过它形成的七色彩带。
1800年的一天早晨，年过花甲的赫歇尔看着美丽的七色彩带，脑海里突然闪现了一个好奇的念头：“阳光带有热，可是组成太阳光的七种单色光中，哪一种带的热最多呢？”这一看似简单的问题在当时谁也不知道，于是，赫歇尔便开始思考这个问题，试图找出正确的答案。
经过冥思苦想，几天以后，赫歇尔便找到了解决这一问题的方法。他在自己房中的墙上贴上一张白纸作为光屏，使经过三棱镜的七色光带照在纸屏上。然后，在每一条光带的位置桂一支温度计。他怕自己的观察不够全面，又在红光带和紫光带外各挂了一支温度计。
做好这一切之后，赫歇尔记录下每支温度计开始的读数，然后就在一旁观察。温度计的水银挂缓慢地上升。大约过了半个小时，所有温度计的读数不再变了。赫歇尔发现绿光区的温度上升了3℃，紫光区的温度上升了2℃，紫光区外的那支温度计读数几乎没有变化。然而令他吃惊的是，红光区外的那支温度计的读数竟上升了7℃。
多次的实验结果都是相同的：红光区外的那支温度计的读数上升最多。经过详细的分析之后，赫歇尔认为阳光的光谱实际上比人们看到的七种单色光更宽，在红光带外一定还有某种人眼看不见的光线，而且这种光线携带的热量最多。
得到准确结论后，赫歇尔对外宣布：大阳发出的光线中除可见光外，还有一种人眼看不见的“热线”，这种看不见的“热线”位于红色光外测，因而叫做红外线。
红外线一经发现，很快应用到了军事、工业、科研等领域。近50年来，医学领域也开始应用这一技术。如在诊断中，红外热像仪能有效地诊断肿瘤、血管疾病等。
理论分析和实验研究表明，不仅太阳光中有红外线，而且任何温度高与绝对零度的物体（如人体等）都在不停地辐射红外线。就是冰和雪，因为它们的温度也远远高于绝对零度，所以也在不断地辐射红外线。因此，红外线的最大特点是普遍存在于自然界中。也就是说，任何“热”的物体虽然不发光，但都能辐射红外线。因此，红外线又称为热辐射线简称热辐射。
电流磁效应
电流，特别是电池的发现，不仅激发了人们研究电现象与化学现象、磁现象之间联系的兴趣，也为发现这种联系提供了可能性。
1802年，意大利的法律学家兼哲学家罗曼尼斯曾做过伏打电堆联结成的电路对磁针的影响的实验，并且看到了磁针的微小转动，但是他误认为这是电堆的两极对磁针的作用，没有想到是电流的作用。因为当时流传的看法是：电堆的两极与磁石的两极有类似性质。从主观方面来看，寻找电与磁的内在联系正是奥斯特从事科学研究的长远目标。
1812年，奥斯特作了这方面的探索。他从导线通电后发热的现象出发，进一步推测如果逐渐缩小导线的直径，将会出现光和磁的效果。结果，他只看到了光的效果而未获得磁的效果，失败说明此路是不通的。
1819年冬，奥斯特在哥本哈根为一些科学工作者讲授电磁学方面的问题，当时他也正在研究电流对磁针是否有作用的课题，但一直没有什么成效。
1820年4月的一天，丹麦物理学家奥斯特要作一次电学方面的演讲，听众是一些物理爱好者和精通物理知识的学者。演讲之前，奥斯特一直在思考电和磁之间的联系，他打算试一下电流对磁针的作用。但是，在实验准备就绪之后，却发生了一件意外事故，使得他在演讲之前未能进行实验。
带着准备就绪的实验设备，奥斯特走进了演讲大厅。他边讲边做演示实验，深入浅出地给听众讲解电磁学知识。这次演讲精彩极了，一次接一次地赢得大家热烈的掌声。演讲临近尾声，奥斯特顺手将一枚小磁针放在了一根导线的下方，磁针的指向正好与导线的方向平行。当给导线通电的时候，他看到磁针发生了转动。
磁针转动的角度很小，根本没有引起听众的注意。可是奥斯特对这个现象却十分重视，他敏锐地意识到，这也许是他一直探索的电和磁的联系。
初次的发现使奥斯特非常激动。演讲一结束，他立刻回到实验室研究这个现象。
在此后的3个月时间里，奥斯特做了60多个这方面的实验，用无可辩驳的事实证明了电和磁之间存在的联系：电流可以产生磁场。
奥斯特的发现具有重大的科学价值和历史意义，他不仅揭露出电与磁之间的内在联系，还发现一种新的自然力——旋转力。同时，为电的应用开辟了一个新的领域。
欧姆定律
从18世纪末到19世纪初，在科学领域最领先的是法国。而德国的物理学家们片面强调定性的实验，忽视理论概括的作用，他们对于法国人数学物理方法甚为不满。
当然，德国也在发生变化。1806年，拿破仑大军挫败了普俄联军，给了德国以巨大打击。一些改革者提出以法国科学为榜样，彻底发行德国科学体制。德国教育有了较快发展，大学引进法国科学经典著作为教本，开办讨论班和研究生班，进入了以往认为的科学禁区。欧姆正是在这种环境中开始电路实验的理论研究，发现欧姆定律的。
1822年，法国数学家傅立叶将导热规律总结为“傅立叶定律”。其内容是：通过等温面的导热速率与温度梯度及传热面积成正比。
1826年，欧姆从傅立叶定律受到启发，认为电流现象与热传导类似。导热杆中两点之间的温度差相当于导线中两端之间的驱电力；导热杆中的热流相当于导线中的电流。欧姆猜想，如果导热杆中两点之间的热流强度正比于这两点的温度差，导线中两点之间电流也许应正比于这两点之间的某种驱电力。他把这种驱电力称为电动力，即今天的电势差。
开始，欧姆使用伏打电堆作电源，但它容易极化，电动势很不稳定，给实验研究工作带来很大困难。1821年，塞贝克发明温差电池。欧姆接受波根道夫的建议采用了温差电池。但他还面临着另一个电流强度的测量问题。开始，欧姆曾设想用电流的热效应，通过热胀冷缩的方法测量电流强度，但很难获得精确的测量结果。
后来，他把奥斯特关于电流磁效应的发现和库仑扭秤结合起来，设计了电流扭秤：用一根扭丝悬挂一磁针，让通电导线和磁针都沿子午线方向平行放置；再用铋和铜温差电池，一端浸在沸水中，另一端浸在碎冰中，并用两个水银槽作电极，与铜线相连。当导线中通过电流时，他发现磁针的偏转角与导线中的电流成正比。他将实验结果于1826年发表。
1827年，欧姆在原来的基础上又作了数学处理和理论加工，在定义电流强度和电势差等概念的基础上，欧姆得到一个更加完满的公式：S＝r·E，其中S表示导线的电流强度，r为电导率，E为导线两端的电势差。该公式发表在《用数学推导伽伐尼电路》一文中。欧姆的这部著作，是19世纪德国的第一部数学物理论著。
安培定律
1820年9月11日，法国科学院召开会议，主题是由物理学家阿拉果报告奥斯特关于电流能够产生磁场的新发现。演示实验让大家目睹了电流作用磁针的现象。法国科学家们受到极大震动，他们一向认为电和磁没有联系的观念在事实面前被击得粉碎。
安培是一位易于接受科学事实的科学家，他在讨论过程中提出既然电流能够像磁石一样吸引小磁针，那么由此可以推断，导线中的电流也能够相互作用。这一见解引起了与会的毕奥和阿拉果的极大兴趣。会议结束后，他们一起找到安培，约好在科学院大门口见面。
安培刚到科学院门口不久，脑海中浮现出两条平行导线中电流的作用问题。正想得入神，略微抬头，突然发现前边有一块黑板，于是从口袋掏出一支粉笔在黑板上计算起来。这一切被等在科学院门口的毕奥和阿拉果看在眼里。他们远远看见，安培正在用一支粉笔在一辆马车的后车身上写着，马车在不停地走着，安培跟在后面不停地写着。当他们跑到跟前时，已看见车身上写得密密麻麻，此时，马车走得越来越快，安培就跟着跑了起来。后来，马车一转弯就不见了，这时安培才发现，原来那是一辆马车的后车身。安培懊丧地站在路中央，看着马车带着他那块“黑板”载着他那密密麻麻的计算公式，渐渐地消失了。
科学院会议结束之后，奥斯特的新发现不停地在安培的脑海里盘旋，他已经完全被这个新发现迷住了。于是，他一头扎进实验室没日没夜地忙活起来了。在实验室，安培用不同的电源和导线反复进行实验。有时候，他把导线折成方框后通上电流，有时又把导线对折再通电流，有时候，他还把导线做成螺旋形或圆形通以电流。
在大量实验事实的基础上，安培通过精心研究，在不到一个月的时间里，就向科学院提交了三篇有关的研究论文，报告了他一生中最伟大的发现：不仅电流对磁针有作用，而且两个电流之间也有相互作用。在两根平行的通电导体中，如果电流的方向相同，它们就互相吸引；电流的方向相反，它们就互相排斥。
沿着这个研究道路，安培继续探索，在后来的研究中又取得了大量成果。1822年，他发现了电流之间相互作用的规律——安培定律。同时，确定了判断电流磁场方向的安培定则和判断磁场对电流作用力方向的左手定则。
电磁感应
1820年，丹麦科学家奥斯特发现通电导线能引起旁边的磁针转动。当时正从事电和磁研究的法拉第根据自己做的大量实验以及大胆的直觉立刻联想到：既然电流能产生磁，那么为什么磁不能产生电流呢？1822年，他在笔记本中写下了一个崭新的研究课题——“把磁转变成电”。
为了实现这一科学闪念，法拉第付出了10年的辛勤劳动。最初，他试图用强磁铁靠近闭合导线或用强电流使邻近的闭合导线中产生稳定的电流，但都一次次地失败了。