Elektrotehnika
Elektrotehnika je nauka o upotrebi električne energije u praktične svrhe.
Elekrotehnika, izvorno deo fizike se, zbog obimnosti i široke primene vremenom izdvojila iz nje i sada predstavlja zasebnu naučnu disciplinu, sa svojim poddisciplinama. Kao glavni predmet proučavanja elektrotehnike najlakše se može reći da je upitanju električna struja. Međutim, ono što elektrotehnika proučava počiva na samom elektronu kao nasiocu naelektrisanja, pa preko mnogih definicija električnih struja, od dejstva naelektrisanja na atomskom nivou, preko makroskopskih struja pa sve do struja visokog napona kakve se koriste u elektroenergetici.
Prve naše spoznaje o elektricitetu potiču još iz antičkog doba. Već oko 600. godine pre naše ere grčki filozof Tales, iz Mileta, opisao je pojavu da ćilibar, protrljan vunom, privlači lake deliće materije. Od grčke reči "ηλεκτρον" (elektron), koja znači ćilibar, upravo i potiče reč elektricitet, koja služi za označavanje fizičkog agensa koji izaziva određeni skup pojava, a posebno, malopre pomenuto, privlačenje lakih tela.
Kasnije je ustanovljeno da se u stanje naelektrisanosti trenjem mogu dovesti i drugi materijali: razne vrste smole, tvrda guma, staklo, porcelan i drugo. Ovaj način naelektrisanja je, istorijski gledano, najstariji, ali nije i jedini.
Vilijam Gilbert, engleski lekar koji se inače smatra jednim do prvih inžinjera elektrotehnike, proučavao je naelektrisavanje trenjem i na osnovu svojih zapažanja sve materijale je podelio u dve grupe:
- elektrici - supstance koje je bio u stanju da naelektriše, kao što su staklo, ćilibar, svila itd.,
- neelektrici - supstance koje nije bio u stanju da naelektriše.
Jedan vek kasnije Dju Fej je pokazao da razlika između ove dve grupe materijala nije u njihovoj sposobnosti da budu naelektrisani, već u sposobnosti da naelektrisanost zadrže na mestu gde je nastala. Danas ove dve grupe nazivamo izolatorima i provodnicima, a osnovu za ovakvu podelu čini sposobnost ovih materijala da provode elektricitet. S obzirom na ovu sposobnost danas sve materijale delimo na izolatore (dielektrike), poluprovodnike i provodnike. Pri tome treba imati u vidu da u prirodi ne postoje supstance koje su idealni izolatori, jer sve one, makar i u zanemarljivoj meri, provode elektricitet. Takođe treba istaći da je Bendžamin Frenklin (Benjamin Franklin, 1706-1790), prvi upotrebio oznake (+) i (-) kao oznake tipa naelektrisanja.
Alesandro Volta je 1775. godine izumeo je elektroforus, napravu koja je proizvodila statični električni naboj. 1800. godine Volta je razvio preteču današnje baterije.
XIX vek je bio vek najvećih otkrića na polju elektrotehnike. Tako je 1827. godine Georg Om ustanovio vezu između električne struje i razlike potencijala, tj. napona u provodniku. Među najvećim doprinosima dali su Majkl Faradej koji je otkrio elektromagnetnu indukciju 1831. godine i Džejms Maksvel koji je 1873. godine objavio svoje delo "Electricity and Magnetism" (Elektricitet i magnetizam).
Krajem veka dolazi do ubrzanog razvoja i primene elektrotehnike. 1882. godine Tomas Alva Edison uspostavlja mrežu za 59 potrošača na Menhetnu, koja je bila nominalnog napona od 110V i bila je u pitanju jednosmerna struja. Ser Čarls Parsons 1884. godine pronalazi parnu turbinu koja je i danas u upotrebi i koja proizvodi oko 80% električne energije u svetu. Nikola Tesla, 1887. godine, prijavljuje mnoštvo patenata kako bi omogućio korišćenje naizmenične struje. Zbog ovog upada u takozvani "Rat struja" sa Edisonom koji je bio zagovornik jednosmerne struje. Osnovna razlika između dve struje je u tome što naizmenična struja može se distribuirati na daleko većim razdaljinama uz dosta manje gubitke. Takođe Edisonova jednosmerna struja je bila veoma ograničenih mogućnosti i zahtevala je prečesto postavljanje stanica, čime je bila i znatno skuplja. Jedina mana naizmenične struje je bila u znatno težem matematičkom proračunu koji je bio potreban za njeno razumevanje. Tesla je, da bi rešio ovaj problem upotrebio je fazore i kompleksne jednačine naizmenične struje čime je dosta pojednostavio i olakšao upotrebu naizmenične struje. Takođe jedan od bitnih razloga zašto je pobedila naizmenična, Teslina, struja je u tome što za istu količinu električne energije bio je potreban znatno tanji kabl nego li kod jednosmerne.
Uporedo sa gorenavedenim razvijali su se i drugi delovi elektrotehnike. Tako je 1888. godine Hajnrih Herc otkrio radio-talase. Tesla je 1895. godine uspešno poslao i primio signal poslat iz njegove Njujorške laboratorije do Vest Pointa prešavši pritom razdaljinu od 80,4 km. 1879. godine Karl Ferdinand Braun otkrio je katodnu cev kao deo osciloskopa, a koja je kasnije omogućila razvoj televizije. Džon Fleming je 1904. godine pronašao diodu, koja je kasnije omogućila ogroman razvoj elektronike, inače pre dioda bila je poznata fizika poluprovodnika, deo elektrotehnike iz koje se kasnije rodila elektronika. Dve godine kasnije pronađena je i trioda, a 1947. godine došlo je do pronalaska bipolarnog tranzistora koji je samo unapredio i ubrzao razvoj elektronike. Jedan od najznačajnijih pronalazaka, a koji su u sferi telekomunikacija, je svakako pronalazak Pupinovog kalem 1896. godine koji je omogućio slanje telefonskog signala na velike razdaljine. Takođe jedan od najznačajnijih naučnika XIX veka je i engleski matematičar Džordž Bul koji je otkrio Bulovu algebru koja je našla široku primenu u elektrotehnici, bez nje se danas ne može zamisliti ni jedan savremeni uređaj koji u sebi ima bilo kakav procesor, pa se zbog toga je danas neki više smatraju delom elektrotehnike nego matematike, pa bi najbolje bilo reći da je u pitanju primenjena matematika u elektrotehnici.
Podela elektrotehnike na oblast jake struje i oblast slabe struje, je, može se reći, tradicionalna među starijim generacijama i ljudima koji nisu iz struke, ali danas skoro van upotrebe i skoro da se može smatrati netačnom jer se na taj način izdvaja samo jedna smer elektrotehnike, energetika, sa jedne strane dok svi drugi potpadaju pod drugu oblast, slabe struje.
Grana jake struje obuhvata proizvodnju, prenos i distribuciju električne energije za potrebe mehaničkog pogona svih vrsta, električne rasvete, grejanja i hemijskih reakcija.
Grana elektrotehnike vezana za slabe struje, poznata još kao telekomunikaciona tehnika, obuhvata upotrebu električnih i radio-tehničkih pojava u svrhu prenosa informacija i podataka na daljinu. Prenositi se mogu simbolički znakovi, govor i muzika, slika i rukopis, optički utisci prostora pri određivanju mesta pokretnih i nepokretnih objekata, a koristi se i pri daljinskom upravljanju. Pod slabim strujama se podrazumevaju struje intenziteta do jednog ampera.
Elektrotehniku možemo podeliti na sledeće celine:
- energetika koja se se bavi proizvodnjom i prenosom električne energije sa jedne lokacije na drugu i najstarija je elektrotehnička specijalnost.[1] Ona se dalje deli na:
- elektroenergetske sisteme - koji se bave izvorima energije, generisanju električne energije, prenosu električne energije, transformaciji i distribuciji iste.
- energetski pretvarači i pogoni - koji se bavi osnovnim procesima konverzije energije i upoznaje ih sa problemima računarskog upravljanja energetskim i proizvodnim procesima. Uz elektromehaničku konverziju, proučavaju se energetski pretvarači, kao i konverzija u toplotu i svetlost.
- elektronika se bavi proučavanjem i konstrukcijom elektronskih elemenata kojima se kontroliše tok struje i povezivanjem takvih elemenata u složena kola koja obavljaju željenu funkciju.[1] Deli se na:
- fizička elektronika proučava fizička svojstva i principa rada pasivnih i aktivnih elektronskih komponenti i njihovu primenu[2]
- telekomunikacije ili komunikacije a se bavi prenosom informacija sa jednog mesta na drugo[1]
- automatika se bavi modelovanjem kompleksnih sistema matematičkim modelima radi njihovog opisivanja, predviđanja ponašanja i upravljanja[1]
- računarska tehnika se bavi razvojem i projektovanjem računarskog hardvera i softvera, koji kontroliše njegov rad[1].
U prvoj polovini XIX veka postignuti su značajni uspesi u razvitku elektrotehnike. Posle pronalaska Voltinog električnog stupa kao električnog izvora, pronađeni su galvanski elementi, a 1830. godine se stvara teoretska osnova generatora jednosmerne struje, što je ujedno i najavilo novu eru u razvitku elektrotehnike - uvođenje električnih mašina za proizvodnju struje. Uspešni ogledi sa Morzeov elektromagnetskim telegrafom dovode 1840. godine do stvaranja prvog električnog uređaja za prenos poruka. Novi izvor električne energije - akumulator, koji omogućava da se ova energija sačuva kao zaliha za kasniju upotrebu, doprineo je daljem razvitku elektrotehnike. Pronalazak telefona 1876. godine omogućio je brz razvitak elektrotehnike na području prenosa poruka i sporazumijevanja na daljinu. Primenom trofazne struje, usavršavanjem električnih generatora, transformatora, indukcionog motora, elektrana i prenosnih mreaža, te raspodele električne energije pri kraju XIX veka, počinje masovna upotreba elektrotehnike u području osvetljenja, koje ubrzo svoje mesto pronalazi u industriji, a postupno i u saobraćaju kao sredstvo za vuču. U to vreme, dok su telegraf i telefon bili još u toku razvoja, pronalaskom i upotrebom uređaja za bežični prenos poruka - radija, otvara se novo polje upotrebe elektrotehnike - telekomunikacija.
U prvoj polovini XX veka elektrotehnika je zahvatila sve grane ljudske delatnosti, industriju, poljoprivredu, zanatstvo, domaćinstvo, medicinu itd. Veliki uticaj u razvitku elektrotehnike je imala vojna industrija, koja je, naročito u vreme I i II svetskog rata, poticala elektroindustriju na nove pronalaske. Moderna elektrotehnika se toliko unapredila, da se tehnika slabe struje sve više osamostaljivala i granala u posebne tehnike kao što su npr. telegrafsko-telefonska, radio, elektronska, radarska, televizijska, infracrvena, računarska itd.
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 ETF - predavanja:Osnovi elektronike, dr. Miodrag Popović, 2006, pristpu 5.7.2013
- ↑ Fizički fakultet Univerzitet u Beogardu: Studijski program: Fizička elektronika, pristup 5.7.2013
- International Electrotechnical Commission (IEC)
- MIT OpenCourseWare Arhivirano 2008-01-26 na Wayback Machine-u in-depth look at Electrical Engineering – online courses with video lectures.
- IEEE Global History Network A wiki-based site with many resources about the history of IEEE, its members, their professions and electrical and informational technologies and sciences.
