2.1
Historie elektrotechniky slovem
Již více jak 300 let se lidé zabývají problematikou elektřiny. Na začátku tohoto období nevěděli nic o napětí a proudu, o výrobě a uchovávání elektřiny. Prvními pokusy s výrobou elektrostatického náboje a jeho projevy na okolní prostředí dali základ dnešnímu modernímu světu, kde elektrická energie je základním stavebním prvkem většiny věcí kolem nás. Místem, kde tito vědci působili a tvořili, se stal Londýn a přesněji tzv. Královský Londýnský Institut, který byl založen v roce 1660, tedy v době, kdy svět byl zcela bez elektřiny. Po roce 1700 se stal předsedou Královské společnosti Isaac Newton. Za významnými ukázkami technických experimentů stál Francis Hogsburry, který prováděl a předváděl pro vědce i veřejnost velkolepé experimenty. Přírodní jevy v těchto experimentech (generované světlo v rotující sklěněné kouli) byly považovány za dílo Boha všemohoucího. Stále více však přestala být elektřina pouhou kuriozitou. V době, kdy se Evropou šířilo nové hnutí tzv. osvícenství, byl těmito osvícenými intelektuály zpochybňován svět na podkladě rozumového chápání. Jejich cílem bylo uplatňování přirodní filozofie tedy vědy. Zájemci o elektřinu si začali říkat elektrikáři. Dalším významným badatelem byl Stephen Gray, který si uvědomil, že záhadný proud elektřiny může něčím procházet a něčím ne. Objevil dvě různé látky, které nazval izolátory a vodiče. Gray však uměl elektřinu vyrobit pouze na krátkou dobu, dalším mezníkem v historii elektrotechniky byla možnost jejího uložení. A to se podařilo realizovat v Holandském Leidenu. Profesor Pieter van Musschenbroek při svých experimentech vyrobil v roce 1746 součástku pro ukládání elektrického náboje. Z dnešního pohledu se jednalo o první kondenzátor a toto zařízení se nazývá Leidenská láhev. Princip Leidenské láhve se začal rychle šířit v odborných kruzích po celém světě a byl pravděpodobně prvním rychle globalizovaným objevem v oblasti elektrotechniky. Nikdo však nedokázal vysvětlit, na jakém principu funguje. Badatelé stále nevědeli, co elektřina je a jak působí. Za 10 let přišel nový objev. Banjamin Franklin chtěl racionálně vysvětlit podstatu blesku. Do té toby byl přírodní úkaz blesk považován za magický jev. Při jeho experimentu vztyčil 12 metrovou tyč do výšky a snažil se zachytit energii blesku do láhve uložené na zemi. Výsledkem pokusu bylo zjištění, že blesk je elektřina (elektrický proud). Další posun při při pochopení toho, co je elektrický proud učinil Henry Cavendich. Výsledkem jeho práce v roce 1773 bylo poznání, že elektřina nemusí existovat v podobě krátkého výboje nebo jiskry, ale že může plynout nepřetržitě. Koncem 18. století na univerzitě v Boloni mezi sebou soupeřili dva badatelé, a to Luigi Galvani a Allesandro Volta. Luigi Galvani se proslavil pokusy s živočišnou elektřinou. Allesandro Volta nesouhlasil s výsledky L. Galvaniho a tvdil, že elektřina vzniká při kontaktu (chemické reakci) dvou kovů. Allesandro Volta sestrojil v roce 1800 první elektrický článek, který nazýval jako Voltův sloup. Po těchto objevech se objevila nová generace elektrikářů, kteří využívali objevy svých předchůdců. Jedním z nich byl sir Humphry Davy (1778-1829). V roce 1808 vyrobil největší baterii na světě, která byla sestavena z 800 kusů voltových sloupů. Výstupní svorky celé baterie připojil ke dvěma uhlíkovým vláknům a vzniklý výboj vytvořil oslepující světelnou záři. Tato vytvořená záře symbolizuje začátek naší moderní éry, éry elektřiny a světla. V době, kdy pracoval sir Humphry Davy jako profesor na univerzitě, se stal jeho žákem a asistentem Michael Faraday. Michal Faraday se zaměřil na neviditelné síly elektřiny a magnetismu. Na pokusech se ukázalo, že tato síla existuje a jako první dokázal přeměnit sílu elektřiny na pohyb. V roce 1821 pochopil, že existuje nějaký vztah mezi elektřinou, magnetizmem a pohybem. Jeho bádání směřovalo k vytvoření zařízení, které využije magnetizmus a pohyb k výrobě elektřiny. Jeho posedlost, úsilí a odhodlání se mu nakonec vyplatily. Průlom nastal 18. října 1831, kdy při pokusu pohyboval magnetem umístěného uvnitř cívky a detekoval slabý elektrický proud protékající cívkou. V polovině 40 let 19. století vyvinul Samuel Moorse systém pro předávání zpráv založený na tom, jak dlouho je zapnutý nebo vypnutý obvod se zdrojem a magnetem. Pomocí jednoduchého kódu bylo možné přenášet zprávy. Elektřina a telegraf rázem učinily svět menším. Od 50 let začaly Evropu a Ameriku křižovat elektrické telegrafní dráty. Globální pozemní komunikace přes oceán však byla pořád vzdálená a to proto, že stále neexistoval vodivý kabel mezi tehdejšími mocnostmi Británií a Amerikou. Dne 29. července 1858 se podařilo uprostřed Atlantiku propojit dvě části kabelu. mezi Newfoundlendem a Irskem. První pokusy s přenosem zpráv se ale nedařily. Signály byl silně zkreslené a na přijímací straně neidentifikovatelné a na velkou vzdálenost se krátké impulzy silně deformovaly. Teprve po úpravě kabelu a technologii pokládání se přenos podařil. Po 8 letech dne 27. 7. 1866 byla odeslána čitelná zpráva. Dalším využitím elektřiny bylo něco, co si přál každý. Bylo to světlo. Začátkem 80. let Thomas Alva Edison snil o tom, že přinese světlo všem běžným lidem. Baňka se žhaveným vláknem byl nový druh lampy. Po dlouhých pokusech s platinou a později s uhlíkovým vláknem se to podařilo. V roce 1882 se pustil do realizace elektráren a rozvodů elektrické energie stejnosměrného proudu v oblasti Wall Streetu. Vlastnosti stejnosměrného proudu však přinášely velké komplikace. Vše se podařilo Nikolu Teslovi, Evropanu, který krátce pracoval v laboratořích Edisona. Tesla snil o tom, že elektřinu bude možné rozvádět po celých městech na obrovské vzdálenosti, pomocí elektrické energie jiného druhu. Tímto novým druhem elektrické energie byl střídavý proud. Do dějin elektrotechniky vstoupil nový hráč. Byl to George Westinghouse, bohatý průmyslník a podnikatel, který věřil, že střídavý proud má větší budoucnost. Spojil se s Nikolou Teslou a výsledkem byl vynález motoru na střídavý proud. Musel však přesvědčit svět, že střídavý proud je lepší než stejnosměrný. Toto období se označuje jako válka proudů. Střídavý proud zvítězil, v roce 1896 byla postavena elektrárna na Niagarských vodopádech využívající střídavé generátory Westinghouse. Vyrobená elektřina byla přenášena na velké vzdálenosti. James Clerk Maxwell, skotský matematik a fyzik, matematicky dokázal to, co Faraday konstruoval. Jeho nová teorie byla založena na jiném pohledu elektřiny a magnetismu. Jeho výpočty ukázaly, že měnící se elektrické proudy budou do svého okolí vysílat vlny silné energie. Vlny, které se budou šířit prostorem, pokud je něco neabsorbuje. Maxwelovy výpočty byly tak pokročilé a složité, že jim rozuměla pouze malá hrstka lidí. Tyto myšlenky inspirovaly německého fyzika H. Hertze, který se zabýval myšlenkou, že Maxvellovy vlny opravdu existují. Dnes těmto vlnám říkáme radiové vlny. V roce 1894 vznikl první aparát bezdrátového telegrafu. O vylepšení a využití tohoto přístroje se zasloužil italský badatel guliemo Marconi. Vysílání a příjem radiových signálů byl základem bezdrátového přenosu zvuku a později obrazu. Na začátku 20 století začala era elektronek, které tvořily základ rádií a radiového přenosu zvuku. V prvních letech 20. století se svět dozvěděl o přesném složení atomů a o tom, jak se atomy chovají a co na atomární úrovni elektřina je. V roce 1913 vypadal atom tak, že uprostřed bylo kladně nabité jádro a kolem něj obíhaly záporně nabité elektrony. Poznání atomů, toho jak jsou sestaveny v materiálech a toho, jak se chovají elektony, bylo posledním klíčem k pochopení základních vlastností elektřiny. Po vypuknutí 2. světové války dostali technici za úkol vylepšit britský radarový systém. Ve výsledku to znamenalo návrat od elektronky ke krystalu. Materiálem se stal polovodičový materiál křemíku. Nevýhodou ale byla potřeba čístého křemíku. Polovodiče nahradily elektronky v zesilovačích používaných v dálkových telefonních sítích, radiových přijímačích a všude tam, kde bylo potřeba zesílit slabý elektrický signál. V Bellových laboratořích byl objeven tranzistor. Šéf týmu polovodičů Shockly pochopil možnosti náhodně vytvořeného PN přechodu. Bylo nutné vytvořit součástku se dvěma PN přechody pro zesilování. Vynález byl oceněn Nobelovou cenou. Narůstající množství tranzistorů na čipu dal základ novému věku integrovaných obvodů a mikroprocesorů. I dnešní svět nabízí nemalé množství témat, která čekají na své zdokonalení a také objevení. Jedním z témat, které může jěště zásadním způsobem ovlivnit elektrotechniku, je oblast supravodičů. Celý elektrotechnický svět čeká na objevení materiálů, které budou fungovat jako supravodiče při pokojové teplotě.