从19世纪以来，电的应用日益普及，电对人类的社会生活和经济发展产生了极大的影响。今天，人们无论做什么事，几乎都离不开电。电能是二次能源，也是清洁能源。放电过程可以释放巨大的能量，又容易控制，不受地方的限制。
章打开电磁世界大门的伟大发现
古时候，人们发现琥珀经过摩擦可以吸引像羽毛和木屑之类的轻小物体，磁石可以吸引铁块。这两种吸引作用很像是在意识作用下的一种行为，人们称它们的作用过程是“隔碍潜通”。到16世纪末，英国科学家吉尔伯特（1544—1603年）经过大量的实验和认真的分析，才将这两种现象区别开来。这种区别对进一步研究电磁现象非常重要。但吉尔伯特却错误地断言，电与磁是互不相关的两种现象。这种错误认识一直统治人们达200年之久。一直到18世纪末，两位意大利科学家伽伐尼（1737—1798年）和伏打（1745—1827年）对电现象和电本性的认识有了重大的突破。伏打电堆的发明为认识电磁联系打下了基础。而在电磁联系上，丹麦著名物理学家奥斯特（1777—1851年）作出了重要的贡献。
奥斯特
奥斯特的父亲是一个药剂师，平时工作很忙，无暇照顾他和弟弟，所以将他们寄养在小镇上一位德国商人家。兄弟俩从这个德国商人和邻居那里学到了一些语言和算术知识。稍大些，两人又回到家里，并帮助父亲做些事情。17岁时，奥斯特考上了哥本哈根大学。在学习期间，他对自然科学和哲学非常有兴趣。大学毕业后，奥斯特又到德国、法国和荷兰游学3年。这时，欧洲都热衷于对伏打电堆的研究。这对奥斯特的影响很大，并激励奥斯特学习了一些电学知识。回国后，他积极向公众普及物理学知识，后来被聘为哥本哈根大学的教授。
奥斯特认为，在一定条件下，各种自然现象都是可以相互转化的。由于雷电可以使钢针磁化，使他想到电是可以转化为磁的，关键是找到转化的条件。但是，要找到这样的条件并不是容易的事情。
1819年，奥斯特开始讲授关于电和磁的课程。由于电流通过导线时可以产生热和光，这使奥斯特想到，电流通过导线也应产生磁作用。又由于电流产生热和光是向四周扩散的，这又使他意识到这种磁作用也应是一种横向作用，不是纵向作用。在观察时应在导线一侧，不是在纵向上，所以不应在纵向上放置磁针。
1820年春，奥斯特决定在课堂上用实验演示一下他的想法，由于偶然的原因他未能在课前做好准备。
到课堂上时，奥斯特认为他的想法是正确的，并决定演示一下。当他把磁针放在导线一侧，通上电流后果然小磁针抖动了。由于效应很弱，演示效果并不好。
但这仍给奥斯特留下强烈的印象。课后，奥斯特立刻进行了更全面的实验和研究，为了更好地观察电流对磁针的影响，他还将20个伏打电池连接起来，形成一个巨大的电池。他用小磁针在通电导线周围显示磁的作用。他发现电流产生的力既不吸引小磁针、也不排斥小磁针，电流的作用只是使小磁针在导线周围环绕起来，恰好形成了一个圆周，而圆周的中心恰好在导线的中心线上。
这的确是一个新的发现，奥斯特甚至都不敢相信这是真的。按照吉尔伯特的观点，电与磁是不相关的。他又将实验进一步扩展，他使用了8种用金属材料制成的导线进行实验，结果磁针的偏转是一样的。
1820年7月，他将这些研究结果发表出来。奥斯特的研究非常重要，他的论文马上被译为德文和英文，法国人也马上开始进行全面的研究。
电流磁效应的发现不仅在电现象与磁现象之间建立了联系，而且对于电磁相互作用的认识也是一个良好的开端，被看做是“打开通向电磁领域大门”的准备。同时，这一发现对于电能的开发也开辟了新的途径。
从奥斯特的发现过程，我们可以看出，对横向效应的认识很重要。后来，法国生物学家巴斯德（1822—1899）讲述奥斯特的发现时说道：“在观察的领域内，机遇只偏爱那种有准备的头脑。”
“转磁为电”的伟大旗手
当电流磁效应的发现传到法国后，法国科学家安培（1775—1836年）、阿拉果（1786-1853年）等人不仅彻底研究了奥斯特的发现，而且也作出了一些新的发现。安培将绝缘导线缠绕成螺线管的形状，而后通电。他发现，这个通电螺线管就像一个磁石，它可以与磁石相互作用，通电的螺线管与通电的螺线管之间也像磁石与磁石一样相互作用。安培还用右手定则来说明电流方向与磁的方向关系。用螺线管磁化钢条是阿拉果发明的，它简便实用，因此它迅速传播开来。
当消息传到英国后，一位年青的科学家由于偶然的机会参与了电磁学的研究。这就是伟大的科学家法拉第（1791—1861年），对于电磁学，甚至对于整个物理学来说，这实在是电磁学的幸运、是物理学的幸运。
少年的法拉第由于家境贫寒，家中无法负担他受教育的费用。12岁时，他就为一家书店当送报童，后来他当上了这家书店的装订学徒。由于在书店工作，这使法拉第免费看到许多书。对照书上的知识，法拉第还动手作了一些实验。业余时间，法拉第还去参加一些科普讲座，特别是大化学家戴维（1778—1829年）的演讲，对法拉第产生了很深的影响。后来，在戴维的帮助下，法拉第步入了科学界。
法拉第
1821年，当法拉第得知奥斯特的实验研究之后，他不仅重复了这些实验，而且发现小磁针有围绕导线做圆周运动的倾向。如果从作用与反作用的原理考虑，导线也应可以绕磁极转动。是否真的是这样，法拉第决定设计一个装置来检验自己的想法。
法拉第在一个玻璃容器中立一根磁棒，用蜡把磁棒底部粘在容器底部。他向容器内倒入水银，并使磁棒露出水银的液面。再用一根粗铜丝扎在一个软木块上，并让软木块浮在水银上。导线下端通过水银连到伏打电堆的一极上，而导线上端通过一根又轻又软的铜线接到伏打电堆的另一极上。当法拉第接通电源，他看到浮在水银面上的软木块晃了几下，而后像一只小船一样绕着磁棒转动起来。
后来，法拉第又改进了实验。在这个装置中，左半部的磁棒可绕中心固定点转动，右半部的磁棒是固定的，导线可以绕磁棒转动。法拉第的装置非常重要，他第一次实现了由电磁运动向机械运动的转化。利用这个装置可以使电流产生连续运动，实际上这是一台电动机，是人类发明的第一台电动机。
初步的成功使法拉第非常欢欣，但他并不满足，同时也更加坚定了他在电磁学研究上的信心。
与奥斯特的想法类似，法拉第认为，电流具有磁效应，电流与电流之间也有磁效应，反过来磁体附近是否也可以产生电流呢？1822年，法拉第在日记中记下了“转磁为电”的想法。当然，实现这个想法是非常困难的。
1825年，法拉第又进行实验，试图发现磁生电的现象，但失败了。1831年，法拉第再次尝试，他作了认真的准备。法拉第准备了一根长8.5英寸、厚4.3英寸的圆形磁棒，用203英尺长的铜导线绕在一个空的圆筒上。铜线圈连接一个电流计，但不通电。法拉第将磁石接近线圈，电流计并没有反应。当他将磁石完全插入线圈，电流计指针却突然转动了一下，而后就又不动了。当将磁石抽出时，电流计指针又动了一下。法拉第又试了多次，当磁石插入和拔出都可以产生瞬时的电流。
法拉第还将两个线圈中的一个连接电池组，一个连接电流计。同上面的实验差不多，在接通开关时，法拉第注意到，在接通的一瞬间，电流计的指针抖动了一下。这样，法拉第终于发现了磁生电的现象，并且将这种现象命名为“电磁感应”。
电磁感应现象的发现使人们对电磁联系的认识更加完整，为电能的开发奠定了基础。当然，就像许多新生事物一样，许多人对法拉第的新发现也产生了疑问。在法拉第所作的一次关于电磁感应现象的讲演中，有一位贵妇人曾问法拉第：“它有什么用呢？”是啊！法拉第不断改进装置，其结果不过是使电流计微微地抖动了几下。然而，法拉第坚信新发现对人类认识电磁现象是有极其重要的意义的。因此，法拉第回答道：“那么请问，一个新生的婴儿又有什么用呢？”
发电机和电动机的发明
法拉第发现了电磁感应现象，这就是人们所追求的“磁生电”现象。但是这种现象只是一种暂态效应，难于形成连续的强流。以往的化学电池（如伏打电池）虽然可以提供连续的电流，但电池体积庞大，搬运不便，电池的寿命也比较短。为此，法拉第认为有必要借助于新的电磁感应原理发明一种新的电源装置。
由于磁棒要在线圈中往复运动才能产生电流，磁棒不动电流就没有了。要产生单向电流，线圈与磁棒间的相对运动也必须是单向的。这就需要改进装置的结构。法拉第的新装置是用圆铜片取代线圈，并将它装在一个轴上，轴端有一个摇把，转动摇把使圆铜片在一块马蹄形磁铁之间旋转。将两根导线一端分别接在圆铜片中心的轴上和铜片的边缘，并将另一端连接在一个电流计上。当圆铜片转动时，铜片与磁极间的运动是单向的，电流也是单向的。法拉第用皇家学会一块大马蹄形磁铁做实验，效果非常好。
法拉第的装置可以产生恒定的电流，像伏打电堆输出的电流一样稳定。这是一种新型的电源，并且是发电机的雏形。发电机的发明预示着一场动力革命的到来，最终导致了“电力大王”取代“蒸汽大王”，把人类社会推进到“电气化时代”。
新的发电装置十分重要，它吸引了大批发明家和科学家投身到这场发明的浪潮中。
1832年，法国巴黎的比齐（1808—1835年）研制成永磁铁发电机，它用手轮转动马蹄形磁铁，并在固定线圈中产生电流。这是转动磁铁式发电机装置。第二年，比齐又在发电装置上装上整流子，使交流电变成直流电。由于它的电压很低，实用价值并不大。
1833年，美国的萨克斯顿对比齐的发明作了一些改进，发明了新型的发电机。这种发电机是利用转动线圈在磁场中切割磁力线，使线圈中产生感应电流。
19世纪40年代，英国的惠斯通（1802—1875年）用电磁铁取代永磁铁，对提高发电机输出功率有重要意义。而在此之前，已出现了用蒸汽力驱动的发电机，这也比手摇发电机提高了很大一步。这时的发电机体积依旧庞大，但已能为机器提供动力了。
1856年商用发电机已开始普及，英国的霍姆斯用多极永磁铁制作发电机，一个灯具厂购买使用了这种发电机。这台发电机长宽为5英尺，重2吨，用蒸汽推动，每分钟600转，功率不到1.5千瓦。
1858年，由法拉第亲自监督，在英国沿海岸的两座灯塔上安装了发电机，供电弧探照灯电能，以照亮海面。这是电能为导航照明。
1866年，美国、英国和德国的发明家都为新型发电机的研制作出了贡献，他们的发电机称作自激发电机，其特点是用发电机产生的部分电流供给电磁铁。德国的西门子（1823—1883年）在柏林科学院介绍这种新型发电机时，为它起名为“狄纳莫”。第二年，西门子的兄弟在伦敦皇家学会展出了这种自激发电机。
西门子最初是从事电报设备的生产和建设电报线路的，在他建立的西门子公司中设有实验室，以研究和发展电报设备。他们的许多发明对公司的业务发展起到了积极的作用。为了解决德国电镀工业对电力的需求，在西门子的指导下，实验室研制成功用电磁铁代替永磁铁的自激发电机。由于新型发电机的效率高，容量大，很快就得到广泛应用，对现代电力工业的发展产生了积极作用。
我们使用电能常常是将电能转化为热能（如电炉）、光能（如电灯）、化学能（如电镀）、机械能（如电动机）。在各种产生机械运动的装置中，普遍使用着电动机。
1834年，美国铁匠达文波特曾制造过一台用电池组供电的玩具电动机，并在波士顿等城市进行表演，受到观众的欢迎。这一年，俄国的雅各比（1801—1872年）也研制出一台用电池组供电的直流电动机；1838年，雅各比制成了真正可以提供动力的电动机。由于永磁铁的磁力太小，不足以产生足够的动力，所以雅各比不用永磁铁，而使用电磁铁。1847年，雅各比成为彼得堡科学院院士。他对电动机进行了更大的改进。为了证明新电动机的效能。他将电动机安装在一条船上，用作原动力。他的船载着12名乘客在涅瓦河上进行了成功的试航。
1866年，人们还发明了直流发电机。1881年，爱迪生（1847—1931年）在巴黎电气展览会上展出了当时功率最大（115千瓦）的发电机，重约27吨。此后，英国的帕森斯研制成功汽轮发电机，功率达75千瓦。1891年他又为剑桥一家公司制造了功率为100千瓦的汽轮发电机。直到现在，这种发电机的技术性能和经济指标仍是很优秀的，在火力发电厂仍在采用。
关于交流电动机的突破是著名的科学家特斯拉（1856—1943年）作出的。他是克罗地亚人，父亲是牧师。据说，少年特斯拉看到尼亚加拉大瀑布的图片时，他指着这个大瀑布说，总有一天我要利用它。1878年，进入奥地利格拉茨工学院学习的特斯拉注意到，直流电机既能当电动机用，又能当发电机用。但电机上与整流子接触的电刷不断冒火花，他问道：“这种火花能否避免？”教授的回答是否定的。3年后，特斯拉到一家电话公司工作。
在考虑电机的电火花时，他猜想交流电机可以避免这个问题。但当时的电动机的性能较差。
1882年2月的一个黄昏，特斯拉与朋友在公园散步。他边走边吟歌德的“浮士德”的诗句。在优美的诗境之中，脑中突现出一个铁心转子，它在旋转磁场中不断旋转。他赶忙在地上画出草图，并向朋友解释草图的内容。此后不久，特斯拉就制作了一架模型。这就是“交流多相异步电动机”。这为普及交流电驱动的电动机打下了基础。