ファラデー力線

ファラデー

１７８５年に仏の技術者クーロンが，絹糸の捻れを使って力を測定する精巧な器具を作り，２つの電荷に働く微弱な力を測定し，２つの電荷 q と Q の間の力 F が2つの電荷の距離 r の２乗に反比例する『クーロンの法則』を導く。

クーロンの法則がニュートンの重力法則と酷似しているので，物理学者は電気力は重力と同じように，離れた距離を瞬時に伝わる遠隔作用の力であると信じる。
１８２１年にエールステッドが電流の周りに磁気が発生する事を発見する。

エールステッドの実験

英ファラデーはこれに興味を持って実験を始める。１８２１年９月３日，水銀の中に棒磁石を浸し，その回りに自由に動くことができるように導線を配置して電気を流すと，導線が磁石の周りを回った。１２月２５日には電流を流した導線の回りの磁石が回転した。

導線が磁石の周りを回転する実験

それから１０年間は電気の研究から遠ざかっていて，１８３１年８月から電磁気の実験を再開する。この年にマックスウェルがエディンバラに生まれる。 鉄の輪に２組の導線を巻いて，１組を検流計につなぎ，別の片方を電池につなぐ。電池を繋いだ瞬間に検流計が振れて，すぐ元に戻る。電池を外す瞬間にも検流計が反対方向に振れる。
１０月に紙筒の回りに電線を巻いて検流計につないで筒の中に磁石を出し入れすると，出し入れの瞬間だけ検流計の針が振れた。 発電機が発明されて，電気の世界が始まる。仏ビクシーはこの発見を聞いて手回し発電機を開発した。
ファラデーは１１月にそれまでの実験を王立協会で発表する。１８３９年に刊行した『電気学実験研究』の第１編電磁誘導と磁気からの電気の発生にこの実験について書いている。『電気学実験研究』はPROJECT GUTENBERG EBOOK，『電気学実験研究』は岩波文庫（絶版）にある。
ファラデーは１８４１年に体を悪くしてスイスで静養するが１８４５年に研究を再開する。
「電気と磁気が関係しているのなら，磁気と光も，どこかで関係しているかもしれない」
と閃いて，１１月４日に磁場の中においた鉛ガラスを通過する光の偏光面が回転することを発見した。ファラデー効果である。１８４６年４月に『光の振動について』の講義をする。ファラデーは１８５５年に研究活動を止め，ファラデーの実験の数学的説明はマックスウェルに引き継がれる。

ガス灯

ファラデーが電気の研究を止める１９世紀の中頃，電気は電信と鍍金に実用化されていた。照明はまだガス灯であった。ボルトン・ワツト社のスコットランド技師ウイリアム・マードックが石炭を乾留して得られたガスに点火することに成功して，１７９９年にソーホー工場の照明に使う。１８０５年にフィリップス・リー紡績工場がガスを鉄製のタンクに蓄えて，ガスを管を通して供給する生産，輸送，消費のシステムを作る。
ロンドンでは１８２３年に４万灯が設置された。パリでは１８２９年にヴァンドーム広場とオペラ座広場を結ぶラ・ぺ通りにガス灯が設けられ，１８４０年になると７千灯がパリの夜景をつくる。ガス灯の照明は買い物の時間を日没後に延長して，商店街やデパートが作られ，消費が拡大する。エジソンが白熱灯を発明するのはマックスウェルが亡くなる年の１８７９年である。

ファラデー力線 On Faraday's Lines of Forces

マックスウェルは母がいつも話していた， の言葉が深く心に染み込んでいて，科学は神の摂理を人間が理解するための方法であると信じている。マックスウェルはファラデーが記録した磁石の上で鉄粉が描く曲線を， と考える。エディンバラ学院の頃，卵の形を数学で表現したのと同じように，鉄粉が描く曲線を数学で表現することを決心する。
マックスウェルが電気の研究を始めるのは，グラスゴー大学のトムソン教授の『磁性の数学理論』に紹介されていたファラデーの『電気学実験研究』を読んだのがきっかけである。マックスウェルはトムソン教授に手紙を書く。 論文が完成に近づくとトムソン教授に手紙を出す。 １８５５年１２月１０日と翌年２月１１日に論文『ファラデー力線』をケンブリッジ哲学協会に提出する。論文の始めに， この論文では難しい数式を使っていない。磁力線に沿って山羊の角のような形をした円錐の筒の中を流れる非圧縮性の流体を想像してクーロンの法則を導いている。

磁束

ファラデーにこの論文を送ると１８５７年１１月に返信があった。

貴兄に感謝します。数学者が物理を研究すると，その結果は数学式になりますが，この式は誰にでも理解でるものではありません。私にとっても数学式は象形文字を見るのと同じで，この式から，次にどんな実験をしたら良いのかを考えることが難しいのです。しかし，貴兄の論文は私にも明確に理解できますし，次にどんな実験をしたらよいかを考えるための良い道筋となります。

この時ファラデーは６５歳，マックスウェルは２５歳である。

色彩

マックスウェルは色彩の実験も続けてきた。１８５５年３月１９日にエディンバラ王立協会に『色覚異常に関する色彩理論』を提出する。５月には白色光が赤と緑と青が混合してできることを発見しエディンバラ王立協会で『色の実験』について講演する。