산업혁명과 전기
증기가 세상을 움직이고, 전기와 자기가 하나로 묶였다. 과학이 실험실을 넘어 산업과 일상으로 쏟아져 나온 시대.
번개는 전기다
프랭클린이 폭풍 속에 연을 날려 번개가 전기 현상임을 증명하고 피뢰침을 발명했다.
와트의 증기기관 개량
와트가 별도의 응축기를 추가해 증기기관의 효율을 획기적으로 높여 특허를 냈다. 인간·동물·물이 할 수 없던 규모의 동력이 가능해지며 산업혁명을 점화했다.
동물 전기(생체전기)의 발견
갈바니가 개구리 다리에 두 종류의 금속을 대자 근육이 경련하는 것을 발견해 생체 전기의 존재를 주장했다.
쿨롱의 법칙
쿨롱이 두 전하 사이에 작용하는 힘이 거리의 제곱에 반비례함을 비틀림 저울로 측정했다.
허튼의 심층 지질 시간
제임스 허튼이 스코틀랜드 암석 노두를 관찰해 지구가 헤아릴 수 없이 긴 시간에 걸쳐 형성됐다는 '심층 시간' 개념을 제창하며 '시작의 흔적도, 끝의 전망도 없다'고 결론지었다.
볼타 전지
볼타가 금속과 소금물을 층층이 쌓아 최초로 '끊기지 않는 전류'를 만드는 전지를 발명했다.
프라운호퍼 흡수선
프라운호퍼가 태양 스펙트럼에서 수백 개의 어두운 흡수선을 체계적으로 관찰하고 회절격자로 파장을 정밀 측정해 분광학의 기초를 마련했다.
윌리엄 스미스의 지질도
측량사 윌리엄 스미스가 잉글랜드·웨일스의 대규모 지질도를 최초로 제작해, 지층이 포함된 고유한 화석으로 식별·대비될 수 있음을 증명했다.
프레넬의 빛의 파동론
프레넬이 빛의 회절·간섭 현상을 수학적으로 분석하여 파동설을 확립했다. 프레넬 렌즈는 그 파동 이론의 응용으로 약 1822년경에 별도로 발명되어 코르두앙 등대에 처음 설치됐다.
앙페르와 전류의 법칙
앙페르가 전류가 흐르는 두 전선 사이에 힘이 작용함을 발견하고 전류와 자기력의 관계를 정밀한 수식으로 정리했다. 전자기학의 수학적 토대.
외르스테드, 전기와 자기를 잇다
외르스테드가 강의 도중 전선에 전류를 흘렸을 때 옆에 놓인 나침반 바늘이 꺾이는 것을 목격했다. 전류가 자기장을 만든다는 전자기학의 첫 발견이었다.
제베크의 열전효과 발견
토마스 제베크가 두 종류의 금속을 이어 붙이고 접합부에 온도 차이를 주면 기전력(전압)이 발생하는(닫힌 회로에서는 전류가 흐름) 열전효과(제베크 효과)를 발견했다. 제베크 자신은 처음에 이를 '열자기(熱磁氣)' 현상으로 불렀으며, 외르스테드가 전류임을 올바르게 재해석했다.
푸리에 열방정식
푸리에가 『열의 해석적 이론』에서 열 전도를 편미분방정식으로 기술하고, 임의 함수를 삼각급수(푸리에 급수)로 전개하는 방법을 도입했다.
카르노와 열역학의 한계
카르노가 어떤 열기관도 넘을 수 없는 효율의 이론적 한계가 있음을 증명했다. 열이 일로 바뀌는 원리를 탐구해 열역학의 씨앗을 뿌렸다.
옴의 법칙
옴이 전압·전류·저항의 단순한 비례 관계(V=IR)를 실험으로 밝혔다. 전기 회로를 예측하고 설계할 수 있게 만든 가장 기초적인 법칙.
증기 기관차 '로켓'과 철도 시대
조지 스티븐슨의 지휘 아래 아들 로버트 스티븐슨이 주도 설계하고 로버트 스티븐슨 앤드 컴퍼니가 제작한 증기 기관차 '로켓'이 1829년 레인힐 경주에서 시속 47 km를 달성해 실용적 철도 시대의 문을 열었다.
패러데이의 전자기 유도
패러데이가 자석을 움직이면 전류가 생긴다는 것을 발견해, 전기와 자기가 하나로 연결됨을 보였다.
자기 인덕턴스 발견
조지프 헨리가 코일에 흐르는 전류가 변할 때 코일 자신이 역기전력을 유도하는 '자기 인덕턴스' 현상을 발견하고 정량화해, 현대 유도 전자기학의 기반을 마련했다.
가우스의 지자기 측정과 절대 단위계
카를 프리드리히 가우스가 지구 자기장을 힘·질량·시간의 절대 역학 단위로 측정하는 자력계를 발명하고, 자기장을 역학 기본량으로 표현하는 절대 자기 단위 체계를 확립했다.
렌츠의 법칙
하인리히 렌츠가 전자기 유도로 생기는 유도 전류의 방향이 항상 자속 변화를 방해하는 쪽으로 흐른다는 법칙을 발표해, 패러데이 유도 법칙에 방향성(음의 부호)을 부여했다.
전신과 모스 부호
모스가 점과 선으로 이루어진 전신 부호 체계(모스 부호)와 전신기를 발명해 최초의 실시간 장거리 전기 통신 시대를 열었다.
다게르와 사진술
다게르가 빛으로 상을 은판에 영구히 고정하는 다게레오타이프를 발표했다. 인류가 처음으로 순간의 실제 모습을 물질에 새기는 데 성공했다.
아가시의 빙하 시대 가설
루이 아가시가 알프스 빙하의 흔적과 유럽 전역의 표석·빙하 조면을 근거로 과거 거대한 빙하가 대륙을 뒤덮었다는 '빙하 시대(Ice Age)' 이론을 제창했다.
도플러 효과
크리스티안 도플러가 파원이나 관측자가 움직일 때 관측되는 진동수가 변하는 현상을 수학적으로 기술하고, 별의 색이 운동 속도에 따라 달라질 수 있다고 예측했다.
줄과 에너지 보존
줄이 전기적 일·역학적 일·열이 모두 같은 '에너지'의 형태임을 정밀 실험으로 증명했다. 에너지 보존 법칙의 실험적 기초.
휘트스톤 브리지
찰스 휘트스톤이 네 저항을 다이아몬드형으로 배치하고 전류가 0인 평형 조건을 이용해 미지의 저항을 극도로 정밀하게 측정하는 브리지 회로를 대중화했다.
키르히호프의 전기 회로 법칙
키르히호프가 전류 법칙(KCL)과 전압 법칙(KVL)을 발표하여 복잡한 전기 회로를 수학적으로 분석하는 체계를 완성했다.
헬름홀츠 에너지 보존 법칙
헬름홀츠가 강연 「힘의 보존에 관하여」에서 열·역학·전기·화학을 통합해, 에너지는 형태가 바뀔 뿐 전체 양은 변하지 않는다는 에너지 보존 법칙을 수학적으로 엄밀하게 정립했다.
절대온도와 절대영도
윌리엄 톰슨(켈빈)이 기체의 열역학적 거동을 분석해 −273.15 °C의 절대영도를 도출하고 절대온도(켈빈) 눈금을 제안했다.
푸코 진자
레옹 푸코가 파리 판테온에 67미터 길이의 진자를 매달아 진동면이 서서히 회전함을 시연하고, 지구 자전을 실험실에서 처음으로 육안으로 직접 증명했다.
모리의 해양 물리지리학
매슈 폰테인 모리가 『바다의 물리 지리학』을 출간해 해류·바람·수온 데이터를 최초로 체계화하고, 근대 해양학의 기초를 확립했다.
엔트로피 개념 도입
클라우지우스가 열역학 제2법칙을 체계화하며 '엔트로피'라는 개념을 정의하고, 고립계에서 엔트로피는 항상 증가한다고 선언했다.
맥스웰의 전자기 방정식
맥스웰이 전기와 자기를 네 개의 방정식으로 통합하고, 빛이 곧 전자기파임을 예측했다.
벨과 전화
벨이 소리의 진동을 전기 신호로 변환해 선을 통해 멀리 보내고 다시 소리로 재현하는 전화를 발명했다. 인류 최초의 실시간 원거리 음성 통신.
오토의 4행정 내연기관
니콜라우스 오토가 흡입·압축·폭발·배기의 4행정 사이클을 갖춘 내연기관을 실용화하여 자동차와 항공기 동력의 기초를 놓았다.
볼츠만의 통계역학과 엔트로피 공식
볼츠만이 엔트로피를 미시 상태의 수(W)와 연결하는 공식 S = k·log W 를 유도하여, 거시 현상을 원자의 확률론으로 설명했다.
에디슨과 백열전구
에디슨이 실용적으로 오래 타는 탄소 필라멘트 백열전구와 전력 공급 시스템을 완성했다. 도시에 전기가 들어오고 밤이 사라지기 시작했다.
포인팅 벡터와 전자기 에너지 흐름
존 헨리 포인팅이 전자기장 에너지가 전선 내부가 아닌 주변 공간을 통해 흐른다는 것을 수학적으로 증명하고, 에너지 흐름 밀도를 나타내는 포인팅 벡터 S = E × H를 도입했다.
자동차의 발명
칼 벤츠와 고틀리프 다임러가 각자 독립적으로 가솔린 내연기관을 탑재한 세계 최초의 자동차를 제작함으로써 근대 자동차 산업의 문을 열었다.
헤르츠, 전파를 실험으로 증명하다
헤르츠가 전기 불꽃 방전으로 맥스웰이 예측한 전자기파(전파)를 실험실에서 생성하고 검출하는 데 성공했다. 이론이 실재가 된 순간.
테슬라의 교류 유도 전동기
니콜라 테슬라가 위상 차이를 가진 두 교류 전류로 회전 자기장을 만들고 이를 이용한 교류 유도 전동기를 발명해, 교류 전력 시스템이 전 세계 산업에 보급될 수 있는 핵심 장치를 제공했다.