Sähkön ja elektroniikan historia

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Sähkön historia on alkanut sähköisten perusilmiöiden havainnoinnista. Tälle perustalle on kehittynyt laaja sähkötekniikka ja elektroniikka.

Sähköisistä ilmiöistä on tehty havaintoja jo paljon aikaisemminkin, mutta varsinaisia tieteellisiä havaintoja sähköstä on tehty 1700-luvun lopulta lähtien. 1800-luvun aikana sähkön käyttäytymisestä tehtiin paljon tieteellisiä havaintoja ja kehitettiin monia sähköisiä laitteita kuten sähkömoottorit. 1900-luvun aikana elektroniikka ja siihen perustuvat tietotekniikka ja tietoliikennetekniikka aiheuttivat varsinaisen teknisen vallankumouksen.

Sisällysluettelo

Ennen 1800-lukua[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Benjamin Franklin oli merkittävä sähkön tutkija.

Staattinen sähkö, hankaussähkö, tunnettiin jo vanhalla ajalla. Sen mainitsi jo Thales.[1] Tiedettiin, että varsinkin meripihka saa hangattaessa kyvyn vetää puoleensa lähellä olevia kevyitä esineitä ja saattaa lisäksi kipinöidä. Useissa nykyisissäkin kielissä sähköä tarkoittavat sanat johtuvat kreikan meripihkaa tarkoittavasta sanasta ελεκτρον, elektron.

William Gilbert totesi 1500-luvulla, että meripihkan lisäksi monet muutkin aineet kuten lasi, timantti ja eräät muut jalokivet, kovettuneet hartsit, rikki ja sinettilakka saivat hangattaessa samanlaisen vetovoiman. Hän nimitti tällaisia aineita meripihkamaisiksi eli elektrisiksi. Sitä vastoin metallit eivät tulleet hangattaessa sähköisiksi, ei myöskään marmori eikä smaragdi. Tällaisia aineita hän nimitti epäelektrisiksi.[1] Myöhemmin Stephen Gray totesi, että nämä epäelektriset aineet johtavat sähköä eli niiden välityksellä sähkövaraus voitiin siirtää paikasta toiseen.[2]

Sähköoppi alkoi tieteenhaarana kuitenkin kehittyä vasta 1700-luvulla. Silloin Charles François Dufay havaitsi, että on olemassa kaksi vastakkaista sähköistä tilaa, joita alkujaan nimitettiin lasi- ja hartsisähköksi[3], kunnes Benjamin Franklin otti käyttöön termit positiivinen ja negatiivinen sähkö.[1] Havaittiin, että samanmerkkiset sähköt hylkivät toisiaan, erimerkkiset vetävät toisiaan puoleensa.[1]

Vuonna 1784 Charles Augustin de Coulomb todensi nimeään kantavan lain, jonka mukaan niiden välillä voima on suoraan verrannollinen varausten tuloon ja kääntäen verrannollinen niiden etäisyyden neliöön.[4] Sähköopin huomattavimpiin tutkijoihin kuului myös Benjamin Franklin, joka muun muassa todisti salaman olevan sähköpurkaus.[5]

Havainnot antoivat aihetta erilaisiin, keskenään ristiriitaisiin teorioihin sähkön luonteesta. Symmer esitti dualistisen teorian, jonka mukaan oli olemassa kaksi sähköainetta, jotka voivat virrata kappaleesta toiseen. Sähköttömässä kappaleessa oletettiin olevan molempia yhtä paljon, varautuneessa jompaakumpaa toista enemmän. Sähköopin huomattavimpiin tutkijoihin kuulunut Benjamin Franklin taas esitti vähän myöhemmin unitaarisen teorian, jonka mukaan oli vain yksi sähköaine, joka vastasi toista Symmerin teorian sähköaineista. Teorian mukaan varautumattomassa kappaleessa oli tätä ainetta tiettynä, tavallaan normaalina pitoisuutena, mutta kappaleen sähköainepitoisuus oli sitä suurempi tai pienempi, ilmenee erotus positiivisena tai negatiivisena sähkövarauksena[3]. Kysymystä siitä, kumpi teoria on oikea, pidettiin ratkaisemattomana elektronin löytymiseen saakka 1800-luvun lopulle.

Sähköteknisiä havaintoja 1800-luvulla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vuonna 1800 Alessandro Volta keksi sähköparin, ensimmäisen laitteen, jolla voitiin tuottaa jatkuvaa sähkövirtaa.[6] Pian sen jälkeen keksittiin myös käänteinen ilmiö, elektrolyysi, jossa sähkövirta saa eräissä aineissa aikaan kemiallisia muutoksia.[6]

Vuonna 1820 Ørsted havaitsi, että sähkö­virta sai lähellä olevan kompassinneulan kääntymään.[7] Tämä osoitti, että sähköllä ja magnetismilla on läheinen yhteys, ja tästä alkoikin sähkömagnetismin tutkimuksen nopea kehitys. Jo samana vuonna Ampère julkaisi sähkö­virran aiheuttamaa magneettikenttää koskevat lait. Myöhemmin Faraday keksi sähkö­magneettisen induktion eli osoitti, että magneetti­kentän avulla voidaan myös saada aikaan sähkö­virtaa. Tähän ilmiöön perustuukin koko nykyinen sähköenergian tuotanto.

1800-luvun aikana sähkön luonnetta opittiin ymmärtämään monipuolisesti ja luotiin sähköisiin ilmiöihin liittyen jo laajasti sähkömagneettinen teoria. Vuosisadan aikana kehitettiin toimivalle tasolla muun muassa sellaisia sähköisiä laitteita kuin generaattori, sähkömoottori, sähkövalaistus, sähkölennätin ja puhelin.

Sähköopin perusteorioiden kehittyminen 1800-luvulla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Skotlantilainen James Clerk Maxwell, kuuluisa 1800-luvulla elänyt fyysikko.

Charles Augustin de Coulomb oli keksinyt 1784 varattujen kappaleiden vuorovaikutusta kuvaavan Coulombin lain[8]. Vuonna 1826 Georg Simon Ohm muotoili Ohmin lain, joka kuvaa sähkövirran, jännitteen ja resistanssin riippuvuuksia vastuksessa. Gustav Robert Kirchhoffin 1845 keksimät Kirchhoffin piirilait kuvaavat jännitteiden käyttäytymistä sähköpiirin silmukassa ja virtojen käyttäytymistä piirin navassa.

Sähkö- ja magneettikenttien perusominaisuudet opittiin ymmärtämään 1800-luvun kuluessa. James Clerk Maxwell yhdisti 1864 erilaiset aiemmin havaitut lainalaisuudet kuvaamaan ilmiöitä sähkö- ja magneettikentissä Maxwellin yhtälöiksi:[9]

Sähkötekniikan alkuajan keksijöitä ja keksintöjä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Edison ja fonografi vuonna 1878.

1800-luvulla sähkötekniikan kehittäminen oli vielä monen keksijän varsin henkilökohtaisten saavutusten varassa. Michael Faraday keksi 1821 ensimmäisen alkeellisen sähkömoottorin sekä kymmenen vuotta myöhemmin sähkömagneettisen induktion. Dynamoja, varhaisia sähkögeneraattoreita, alettiin rakentaa 1830-luvulla. Samuel Morse keksi 1837 sähkölennättimen ja Antonio Meucci vuonna 1849 puhelimen. Sähkömekaaninen rele keksittiin 1840-luvulla ja sitä käytettiin aluksi mm. lennättimissä. Thomas Alva Edison oli tuottelias keksijä, jonka merkittävimpiä saavutuksia olivat fonografi 1877 ja sähkövalaistus vuonna 1879. Guglielmo Marconi keksi radion vuonna 1896. Erilaisia sähkögeneraattoreita kehiteltiin 1800-luvun kuluessa ja sähköä alettiin jo tuottaa kaupallisestikin 1800-luvun lopulla.

Sähkövalaistuksen käyttöönotto ajoittuu 1800-luvun lopulle. Edisonin kehittämä hehkulamppu on pääpiirteittäin samanlaisena käytössä edelleen. Suomessa rakennettiin kortteli- tai talokohtaisia valaistussähkölaitoksia 1880-luvulla ja ensimmäinen kaupunkisähkölaitos otettiin käyttöön Tampereella 1888.[10]

Sähkötekniikan kehitys ja elektroniikan syntyminen 1900-luvulla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

1900-luvulla sähkötekniikan käyttö arkipäiväistyi ja sähkötekniikan perustalle kehittyi nopeasti laajentuvaksi tekniikan alaksi elektroniikka. Sähköenergiaa ruvettiin tuottamaan ja jakelemaan yhä laajemmin sekä teollisuuteen että yksityiskoteihin ja moninaiset sähkömoottorikäyttöiset koneet otettiin käyttöön.

Elektroniikan kehitys alkoi vuosisadan alkupuolella perustuen elektroniputkiin (keksitty 1906[11]), mutta 1947[11] keksitty transistori aloitti puolijohteiden kehityksen. Puolijohteilla pystyttiin tekemään yhä pienempiä, halvempia ja luotettavampia elektroniikkalaitteita. 1960-luvulta lähtien transistoreja ja muita komponentteja pystyttiin valmistamaan useita samaan mikropiiriin ja 1980-luvulla samaan piiriin saatiin valmistettua jo miljoona transistoria.

1900-luvun kuluessa kehitettiin ja otettiin käyttöön monet elektroniset laitteet: esimerkiksi radio, televisio, tietokoneet ja matkapuhelimet. Elektroniikka sai monia sovellutuksia teollisuudessa, tekniikassa, tieteellisessä tutkimuksessa, lääketieteessä, ajoneuvoissa ja viihde-elektroniikkalaitteissa. 1900-luvun lopulla lähes kaikki tekniikan alat alkoivat käyttää sähkötekniikkaa ja elektroniikkaa avuksi.

Sähkön tuotanto ja jakelu[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkelit: Sähköntuotanto ja Sähköverkko

Sähkönkäytön ja jakelun edistäjinä Thomas Edison ja Nicola Tesla olivat uranuurtajia. Edison oli kehittänyt hehkulamppua kestäväksi sähkövalon lähteeksi. Edison sai vuonna 1880 patentin sähkön jakelujärjestelmälle, joka oli olennaisen tärkeä, jotta sähkölamppu olisi levinnyt yleiseen käyttöön. Vasta jakeluverkosto teki vähitellen mahdolliseksi muidenkin sähkölaitteiden yleistymisen. Edison perusti 17. joulukuuta 1880 yhtiön nimeltä Edison Illuminating Company. Se oli maailman ensimmäinen yleisölle sähköä myynyt sähkölaitos, ja vuonna 1882 sen ensimmäinen voimalaitos tehtiin New Yorkin Pearl Street Stationille. Syyskuun 4. päivänä 1882 Edison itse kytki sähköverkkoon virran. Laitos jakoi Manhattanin eteläosiin tasavirtaa 110 voltin jännitteellä. Jännite 110 volttia valittiin, koska sitä käytettiin ensimmäisenä paristoilla toimivissa teattereiden valaisimissa, ja tämä jännite jäi sitten yleiseen käyttöön.

Jo saman vuoden tammikuussa Edison oli avannut ensimmäisen höyrykäyttöisen sähkövoimalan Holborn Viaductilla Lontoossa. Tämä tasavirtajärjestelmä tuotti sähköä katulamppuihin sekä muutamiin lähellä voimalaa sijainneisiin yksityisasuntoihin. 19. tammikuuta 1883 ensimmäinen standardoitu, ilmajohtoihin perustuva sähkövalaistusjärjestelmä otettiin käyttöön Rosellessa New Jerseyssä.

Edison oli ehtinyt rakentaa jo kohtuullisen laajan tasasähköverkon, mutta tasasähkö hävisi Teslan kehittämälle vaihtosähkölle. Edison ja Tesla kävivät katkeran taistelun sähköjärjestelmiensä puolesta. Vaihtosähkön etuna on se, että jännitettä voidaan helposti muuttaa muuntajan avulla. Tätä hyödynnetään sähköverkossa sähkön siirrossa, koska siirtohäviöt ovat pienempiä korkeammalla jännitteellä. Myös vaihtosähkömoottorin ja generaattorin rakenne on kestävä ilman tasavirtamoottorissa käytettyä kommutaattoria. Kaikesta tuotetusta sähköstä sähkömoottorit käyttävät suurimman osan.

Kodinkoneiden tullessa markkinoille 1900-luvun alussa oli paikallisia sähköverkkoja Suomessa jo suurimpien kaupunkien ulkopuolellakin. Sähköistystä hidasti väliaikaisesti Suomen sisällissota, mutta sodan jälkeen kehitys oli nopeaa, ja vuonna 1925 jo 40 % talouksista oli sähköverkon piirissä. Kaupungeissa sähkö oli kaikkien saatavilla 1930-luvulta alkaen. [10]

Sähkövalaistuksen kehitys[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Sähkövalo

Käyttökohteet:

Valaistustekniikka:

  • Kaarilamppu 1800-luvun alkuvuosilta lähtien
  • Hehkulamppu, useita kehittäjiä 1800-luvun alusta lähtien, toimivan ja teollisen version teki Edison vuonna 1879
  • Halogeenilamppu
  • Loistelampun periaate keksittiin 1800-luvun lopulla, mutta ne tulivat arkiseen käyttöön 1900-luvun puolivälissä. Ensin loistelamput tulivat käyttöön toimistoissa ja tehtaissa. 1900-luvun loppupuoliskolla loisteputkia alettiin käyttää myös asunnoissa. Energiansäästölamput ovat pieniä loistelamppuja ja niitä alkoi tulla käyttöön 1900-luvun lopulla.
  • Hyvän hyötysuhteen LED-valaistus alkoi tulla käyttöön 1900-luvun lopulla lähtien pienitehoisista lampuista

Teollisuuden, rakennusten ja kotien sähköistys[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Sähkötekniikka teollisuudessa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Elektroniikka teollisuudessa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Sovellutuskohteet:

Ohjaustekniikat:

Sähkön käyttö rakennuksissa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Sähkön käyttö kodintekniikassa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Sähkövalaistus otettiin käyttöön jo 1800-luvun lopulla ja se yleistyi voimakkaasti koko 1900-luvun. Ensimmäiset kodinkoneet ilmestyivät markkinoille Suomessa 1900-luvun ensimmäisellä vuosikymmenellä, näistä varhaisimpina sähkölevy ja vedenkeitin. 1910-luvulla markkinoille tuli pesukone, pölynimuri sekä silitysrauta muiden muassa. [10]

Sähköparranajokone keksittiin 1920-luvulla. Se yleistyi hiljalleen ja myöhemmin tuli myös akkukäyttöisiä malleja. Sähköhammasharjoja on ollut 1950-luvulta lähtien. Niistäkin on myöhemmin ollut myös akkukäyttöisiä malleja.

Kodin ruokahuollon laitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kodin vaatehuollon laitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Sähkö liikennevälineissä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Sähkötekniikka autoissa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Sähköautojen historia

Ottomoottori, joka on yleinen bensiinikäyttöinen polttomoottori ja on keksitty 1876, on aina käyttänyt bensiinin sytyttämiseen sähköistä kipinää.

Sähköinen käynnistys ja latausgeneraattori alkoivat yleistyä autoissa 1910-luvulla, vaikka periaatteellisella tasolla sähkömoottori ja sähkögeneraattori oli keksitty 1800-luvun puolella. Autoissa on käytetty sekä tasavirtalatureita että myöhemmin vaihtovirtalatureita tasasuuntaajan kanssa yhdessä.

Autoissa on ollut 1900-luvun alkupäästä lähtien sähköisiä ajovalot ja ja autoihin tuli yhä enemmän erilaisia sähköisiä huomiovaloja (vilkut, jarruvalot jne.). 1900-luvun lopulla autoihin tuli erilaisia sähköisiä lisätoimintoja: esimerkiksi sähköiset ikkunamekanismit ja peilien säätö, sähköinen mittaristo sekä lasien ja istuinten sähköiset lämmittimet.

Sähköautoissa ja hybridiautoissa sähköä käytetään auton liikuttamiseen latauslaitteen, akkujen ja sähkömoottorin avulla.

Elektroniikka autoissa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Moottorin toimintaan liittyen henkilöautoihin on tullut monenlaista elektroniikkaa: elektroninen sytytys 1960-luvulta lähtien ja elektroninen ruiskutus 1970-luvulta lähtien. Elektroninen moottorinohjaus monipuolistui tämän jälkeen liittyen katalysaattoriin.

Autojen sähköisiä vakionopeudensäätimiä on ollut 1950-luvulta lähtien. Elektronisesti ohjattuja automaattivaihteistoja on valmistettu 1970-luvulta lähtien. Luistonestojärjestelmiä on ollut 1970-luvulta alkaen. Ajotietokoneet tulivat autoihin 1980-luvulla, varashälytin ja ajonestolaite 1990-luvulla. Sähköisiä ohjaustehostimia alkoi olla autoissa 1900-luvun loppuvuosilta lähtien.

Elektroniikan kehittyessä autoihin on tullut monenlaisia turvajärjestelmiä. Lukkiutumattomat jarrut (ABS) tulivat autoihin 1980-luvulla ja vakiintuivat autojen vakiovarusteeksi 1990-luvulla. Turvatyynyjä alkoi olla autoissa 1980-luvulta lähtien ja ajovakauden hallintajärjestelmiä alkoi autoihin tulla 1990-luvulla.

Automatkan aikana on pitkään haluttu kuunnella musiikkia: alkeellisia autoradioita on ollut 1930-luvulta lähtien. 1900-luvun loppupuolella autoihin tuli monipuolisia radioita ja musiikintoistolaitteita: ensin radiovastaanottimen rinnalla laitteissa oli C-kasettisoittimia ja myöhemmin CD-soittimia. Matkapuhelimia tuli aluksi 1970-luvulla nimenomaan autopuhelimiksi, jotka olivat kiinteästi asennettu autoon ja jotka ottivat käyttöjännitteen auton sähköjärjestelmästä. Aluksi matkapuhelimet olivat hyvin kalliita ja niitä käytettiinkin lähinnä vain ammattikäytössä. Paikannuslaitteita autoihin alkoi tulla 2000-luvun alussa.

Elektroniikka ja sähkötekniikka laivoissa, junissa ja lentokoneissa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Tutkan historia

Elektroniikkaa ja sähkötekniikkaa on käytetty autojen lisäksi monissa kulkuvälineissä kuten:

Tietokone ja tietoliikenne[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tietokonetekniikka[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ennen nykyisen kaltaisia tietokoneita käytössä oli erilaisilla komponenteilla toteutettuja sähköisiä laskimia ja tietokoneita. Ensimmäisenä 1940-luvulla käyttöön otettiin erilaisia relekoneita ja putkikoneita. Putkikoneista kuuluisa esimerkki on 1945 käyttöön otettu ENIAC. Putkitekniikkaa seurasivat transistoreihin perustuneet laitteet.

Henkilökohtainen tietokone (Mikrotietokone Apple II) koti- ja yrityskäyttöön tuli markkinoille vuonna 1977. Vuonna 1981 markkinoille saapui IBM PC, jonka mallin mukaisesti rakennetuista tietokoneista tuli myöhemmin henkilökohtaisten tietokoneinen käytännön standardi. Markkinoille tuotiin 1980-luvulla useita erilaisia kotitietokoneita: muun muassa Commodore-64 ja ZX Spectrum (vuonna 1982).

Mikroprosessorit, joissa suoritin on toteutettu yhdelle mikropiirille, tulivat 1970-luvulla. Ensimmäinen mikroprosessori oli Intel 4004 vuonna 1971.

Tietokonetekniikkaan kiinteästi liittyvät myös erilaiset oheislaitteet:

  • tiedontallennusvälineet, joilla digitaalista tietoa saadaan talteen
  • syöttölaitteet, joilla tietoa saadaan syötettyä tietokoneelle sen ymmärtämään muotoon
  • tietokonenäyttölaitteet, joilla erilaisia tietokoneen tuottamia tuloksia (esimerkiksi lukuja, tekstiä ja kuvia) saadaan esitettyä katsottavaksi ja
  • tulostimet, joilla tekstistä tai kuvista saadaan paperille tai muulle vastaavalle materiaalille pysyvä tuloste.

Tietoliikennetekniikka[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tietoa siirretään kaapeleissa ja radioteitse[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tietoa alettiin siirtää maan päällä kuparikaapelien kautta ja radiolinkkien avulla. Linkkejä ketjuttamalla muodostettiin verkkoja. Tietoliikennesatelliitteja alettiin käyttää pitkien etäisyyksien ja mannertenväliseenkin tiedonsiirtoon 1960-luvun aikana. Kuparikaapeleita on korvattu nopeimmissa yhteyksissä yhä enemmän valokuiduilla 1970-luvulta lähtien.

Lankaverkkopuhelimet ja matkapuhelimet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ruotsalainen automaattivalintainen Ericsson-puhelinkone vuodelta 1939.

Puhelin toimi rakennettujen lankaverkkojen avulla käsivälitteisenä 1800-luvun lopulta lähtien. Verkon muuttaminen automaattivalintaiseksi kesti esimerkiksi Suomessa 1920-luvulta 1970-luvulle asti.

Myöhemmin alettiin suunnitella radioteitse toimivia puhelinlaitteita ja puhelinverkkoja. Matkapuhelimet mahdollistivat puhelinyhteydet autoissa ja myöhemmin missä vain liikkuessa. Suomessa avattiin käsivälitteinen autoradiopuhelinverkko (ARP) 1971. Ensimmäiset NMT-matkapuhelimet tulivat käyttöön Pohjoismaissa 1981. GSM-puhelimet tulivat käyttöön 1990-luvulla.

Muu tiedonsiirtotekniikka[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kaukokirjoitin (telex), jolla voitiin tuottaa tekstiä toisella paikkakunnalla olevalle laitteelle, oli käytössä 1800-luvun lopulta pitkälle 1900-luvulle. Telefaksi, jolla voitiin tulostaa kopio dokumentista kaukana olevalle toiselle telefax-laitteelle, keksittiin periaatteessa jo 1800-luvulla, mutta se tuli käyttöön yleisesti 1970-luvulla. Kehittyneemmät tekniikat ja laitteet ovat syrjäyttäneet kummankin näistä.

Tietoverkkoja rakennettiin jo 1960-luvulta lähtien ja maailmanlaajuinen Internet tuli yleiseen käyttöön 1980- ja 1990-luvun taitteessa. Internetin tekniikka (mm. TCP/IP-protokolla) kehitettiin 1970-luvulla, mutta se tuli arkiseen käyttöön vasta 1980-luvun aikana.

Viihde-elektroniikan kehitys[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Viihde-elektroniikka

Viihde-elektroniikkaan kuuluu radio, TV, musiikin tallennus ja toiston, videon tallennus ja toisto sekä elektroniset pelit. Seuraavassa on käsitelty myös elektroniikka kuvaamisessa ja elokuvassa. Joitakin viihde-elektroniikan laitteiden periaatteita keksittiin jo 1800-luvulla, mutta varsinaisesti kuluttajien käyttämiä viihde-elektroniikan laitteita alettiin kehittää 1900-luvun alkuvuosina.

Elokuvat ja niiden ääni[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Elokuvan historia

Äänielokuvia tuli ensin optiseen ääniraitaan perustuen 1920-luvun lopulta alkaen. Monikanavainen magneettinen ääni on ollut käytössä elokuvissa 1950-luvulta lähtien.

1990-luvulla digitaalinen ääni yleistyi elokuvissa. Myös elokuvien kuvaus ja editointi digitalisoituivat.

Radio ja TV[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Televisio 1950-luvulta.

1800-luvun lopulla keksitty radio johti yleisradiotoimintaan 1920-luvulta lähtien. Suomen Yleisradio perustettiin vuonna 1926[13]. Radiolähetykset alkoivat AM-modulaatioon perustuen. 1930-luvulla keksitty FM-modulaatio alkoi tulla käyttöön ULA-taajuuksilla 1940-luvulta lähtien ja äänenlaatu parani merkittävästi. Suomessa ULA-lähetykset aloitettiin vuonna 1953[13]. Myöhemmin FM-lähetyksissä otettiin käyttöön stereoääni. Suomessa stereofoniset lähetykset alkoivat vuonna 1967[13]. Radiolähetyksiä ei ole laajemmin digitalisoitu 2000-luvullakaan, koska FM-lähetysten äänenlaatu on moniin tarkoituksiin riittävä.

1920-luvulla keksittiin televisio ja laajempaa julkista tv-lähetystoimintaa on ollut 1950-luvulta lähtien. Suomessa kokeilulähetykset aloitettiin vuonna 1955[13]. Alkuaikoina televisiokuva oli mustavalkoinen ja väritelevisiota kehitettiin 1940-luvulta lähtien. Värillisen TV-kuvan lähettämiseksi USA:ssa kehitettiin 1950-luvulla NTSC-järjestelmä ja Euroopassa 1960-luvulla PAL-järjestelmä. Vuonna 1969 Yleisradio aloitti tv-ohjelmien lähettämisen Suomessa värillisinä[13]. Stereoääni tuli televisioon 1980-luvulla.

Laajemmilla alueilla lähetystoiminta aloitettiin maanpäällisillä antenniverkoilla, mutta jo varhaisessa vaiheessa käytettiin tiheään rakennetuissa kaupungeissa kaapelitelevisiota tv-signaalin etenemisongelmien takia rakennusten välissä. Satelliitteja on käytetty 1960-luvulta lähtien tv-ohjelmien välittämiseen ympäri maailmaa, mutta suoraan koteihin tv-signaalia lähettäviä satelliitteja alkoi tulla käyttöön 1980-luvulla.

Radio ja TV-toiminta aloitetaan 1900-luvun alussa kehitettyyn elektroniputkeen perustuen. Myöhemmin laitteisiin tulivat käyttöön transistorit ja mikropiirit. 2000-luvun alussa televisio digitalisoituu: tuli digitaalitelevisio, jonka katsomiseen käytetään digisovitinta tai digitaalista TV-vastaanotinta. Suomessa digitaalinen maanpäällinen lähetystoiminta alkoi vuonna 2007[13].

Musiikin tallennus ja toisto[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Katso myös: Äänen tallennus

Vinyylilevyjä toistava levysoitin on kehitetty 1930-luvulla täysin mekaanisesta gramofonilevyjä soittavasta gramofonista. Stereo-äänilevyt keksittiin jo 1930-luvulla mutta ne yleistyivät vasta 1960-luvulla. Levysoittimella ei pystynyt itse tallentamaan ääntä, vaan levyt piti aina ostaa.

Äänen tallentamiseen ja toistamiseen kehitettiin magnetofoni. Avokelanauhureita on ollut 1930-luvulta lähtien ja 1963 julkaistiin C-kasetti. C-kasettinauhurit olivat aluksi usein monofonisia, mutta myöhemmin niistä tuli yleisesti stereofonisia.

Musiikin toisto digitalisoitui 1980-luvulla CD-levyjen ja -soitinten tullessa markkinoille ja nopeasti yleiseen käyttöön. Aikaisemminkin oli ollut digitaalisia nauhureita, mutta ne olivat harvinaisia. Erilaiset mediasoittimet - yleisenä tyyppinä MP3-soitin - tulivat käyttöön 1990-luvulta lähtien musiikin toistossa.

Videon tallennus ja toisto[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kömpelöitä, kalliita ja harvinaisia avokelanauhureita on ollut 1960-luvulta lähtien videon tallennukseen. Ne eivät kuitenkaan koskaan tulleet kotikäyttöön. Kasetteja käyttävät videonauhurit tulivat 1970-luvulla: Betamax julkaistiin 1975, VHS 1976 ja Video 2000 1979. Näistä VHS vakiintui kotikäyttöön 1980-luvulle tultaessa ja sitä käytettiin 2000-luvun alkuun asti, jolloin uudet digitaaliset videon tallennustavat syrjäyttivät muutamassa vuodessa videonauhurit.

Myöhemmin videon tallennus digitalisoituu: harvinainen Laserdisc-tekniikka suunniteltiin 1970-luvulla, 1990-luvulla video-CD tuli videon tallennukseen (pakattu video) ja DVD-video yleistyi 1990-luvun lopussa (formaatti julkistettiin 1995). Mediasoitin sekä tallentava digisovitin ovat tulleet käyttöön 2000-luvullä digitaalisen videon tallennuslaitteiksi.

Elektroniikka kuvaamisessa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

1960-luvulta lähtien elektroniset toiminnot alkoivat tulla filmikameroihin. Elektroniikan avulla toteutettiin mm. valotusmittari ja valotusautomatiikka sekä elektroninen salamalaite. Digitaalikameroita perustuen CCD-kennoon ja CMOS-kennoon on ollut 1990-luvulta lähtien.

TV-kamerat toimivat aluksi vidicon-putkilla ja myöhemmin CCD-kennoilla. Kotikäyttöiset videokamerat tulivat 1970-luvulla perustuen aluksi lähinnä VHS-nauhoitukseen. Myöhemmin tulivat digitaaliset videokamerat, jotka tallensivat nauhoille, levyille tai muistikorteille.

Elektroniset pelit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

TV-pelejä ja pelikonsoleita on ollut 1970-luvulta lähtien. Ensin niitä oli kolikkoautomaatteina ja sitten myös kotikoneina. Tietokonepelit yleistyivät kotitietokoneiden käytön alkaessa 1980-luvulla, esim. yleiselle Commodore 64 -tietokoneelle oli paljon pelejä.

Tieteelliset käyttökohteet ja erikoissovellukset[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Elektroniikka lääketieteellisessä tekniikassa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Elektroniikkaa on käytetty lääketieteellisissä analyysilaitteissa ja hoitomenetelmissä kuten:

Elektroniikka avaruustekniikassa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Avaruustekniikassa kuten satelliiteissa, avaruusluotaimissa, avaruusasemissa ja kuuraketeissa ohjaus ja kommunikaatio on perustunut elektroniikkaan.

Satelliitteja on ollut 1950-luvun lopusta alkaen. Myöhemmin niitä on ollut avaruudessa toiminnassa yhtä aikaa satoja ja niitä on käytetty esim. tietoliikenteeseen, sään tarkkailuun ja paikannusjärjestelmiin. Satelliitteja alettiin käyttää paikannukseen: GPS tuli siviilikäyttöön 1984.

Avaruusluotaimia on lähetetty 1960-luvulta lähtien eri puolille aurinkokuntaamme ja sen ulkopuolellekin.

Avaruudessa maata kiertäviä miehitettyjä avaruusasemia on ollut 1970-luvulta lähtien.

USA teki miehitettyjä kuulentoja vuosina 1969–1972 (Apollo-avaruusohjelma).

Elektroniikka sotatekniikassa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Avaruustekniikka - tietoliikenne, paikannus ja rakettitekniikka - on liittynyt läheisesti sotatekniikkaan.

Elektroniikka tieteellisissä tutkimusvälineissä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Elektroniikka on ollut keskeisenä osana viime vuosikymmenien tieteellisissä mittaus- ja analyysilaitteissa. Tällaisia elektroniikkaa sisältäviä laitteita ovat esim.:

Lähes kaikki tarkat perussuureidenkin mittalaitteet - esim. vaa'at ja kellot - sisältävät nykyään elektroniikkaa.

Elektroniikan valmistustekniikan kehitys[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kronologinen taulukko[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Sähköisten ilmiöiden tutkimuksen ja sähköisten laitteiden historiaa
Vuosi Tutkija(t) Saavutus
noin 600 eaa. Thales Tiesi, että meripihka (kreik. ελεκτρον, elektron) saa hankaamalla kyvyn kipinöidä ja vetää puoleensa lähellä olevia keveitä esineitä (hankaussähkö)
1600-luvun alussa William Gilbert Teki havaintoja siitä, mitkä aineet tulivat hangattaessa sähköisiksi, mitkä eivät. Erotti toisistaan "elektriset" ja "epäelektriset" aineet. Otti käyttöön latinalaisen nimityksen electricus.
1700-luvun alussa Stephen Gray Totesi, että metallit ja muut Gilbertin epäelektrisiksi nimittävät aineet johtavat sähköä, muut aineet eivät. Tämän perusteella aineet voitiin jakaa johteisiin ja eristeisiin.
1734 Charles François Dufay Havaitsi, että on olemassa kahdenlaista sähköä, "lasisähköä" ja "hartsisähköä" (nimitetään nykyisin positiiviseksi ja negatiiviseksi sähköksi), ja että samanlaiset sähkövaraukset työntävät toisiaan luotaan, erilaiset vetävät toisiaan puoleensa.
1745 Ewald Jürgen Georg von Kleist, Pieter van Musschenbroek Leidenin pullo, vanhin kondensaattorin muoto.
1752 Benjamin Franklin Todisti, että salama on sähköpurkaus. Keksi ukkosenjohdattimen.
1784 Charles Augustin de Coulomb Coulombin laki, jonka mukaan sähkövarausten välinen voima on suoraan verrannollinen varausten tuloon ja kääntäen verrannollinen niiden etäisyyden neliöön
1800 Alessandro Volta Voltan sähköpari, ensimmäinen laite, jolla saatiin aikaan jatkuva sähkövirta. Sitä ennen oli tunnettu vain staattinen sähkö ja sähköpurkaukset sekä niiden yhteydessä esiintyvä hetkellinen virta.[14]
1800 William Nicholson ja Sir Anthony Carlisle Havaitsivat, että joissakin aineissa sähkövirralla voidaan saada aikaan kemiallisia muutoksia, elektrolyysi
1820 Hans Christian Ørsted Sähköjohtimen aiheuttama magneettikenttä
1820 André-Marie Ampère Virrallisten johtimien vuorovaikutus, Amperen laki
1821 Michael Faraday Ensimmäinen alkeellinen sähkömoottori
1826 Georg Simon Ohm Ohmin laki, joka kuvaa jännitteen, virran ja resistanssin suhdetta toisiinsa
1830-luku Robert Anderson, Stratingh Varhaiset sähköautot
1831 Michael Faraday Sähkömagneettinen induktio, Faradayn induktiolaki, johon kaikki nykyiset sähkögeneraattorit perustuvat
1835 Carl Friedrich Gauss Gaussin laki
1830-luvulla Carl Friedrich Gauss Laati ensimmäisen huomattavan ehdotuksen sähkösuureiden mittajärjestelmäksi; hänen ehdotukseensa pohjautui cgs-järjestelmä sähköyksiköiden osalta.
1837 Samuel Morse Sähkölennätin[15]
1839 William Grove Polttokenno
1841 James Joule Mittasi sähkövirran aikaansaaman lämpömäärän ja määritti, mikä määrä sähköenergiaa vastaa tiettyä lämpömäärää.
1845 Gustav Robert Kirchhoff Sähkövirran haarautuminen ja jännitteen jakautuminen
1845 Samuel Roos Suomenkielinen sana "sähkö" kipinän sähähtämisen vuoksi keksitään
1849 Antonio Meucci Puhelin
1859 Gaston Planté Ladattava lyijyakku. Edisti etenkin sähköautojen kehitystä.
1864 James Clerk Maxwell Maxwellin yhtälöt, jotka kuvaavat kattavasti sähkö- ja magneettikenttäilmiöt[16]
1870-luku Sähkökoneiden kehittely (moottorit, generaattorit yms.)
1871 ja 1873 Zénobe Gramme Grammen kone ja Grammen koneen käyttö moottorina
1877 Emile Berliner Mikrofoni
1879 Thomas Alva Edison Sähkövalaistus, hiililankalampun sarjatuotanto. Perusti muutamaa vuotta myöhemmin New Yorkiin ensimmäisen sähkölaitoksen.[17]
1881 Yleinen mitta- ja painokonferenssi Vahvisti sähkösuureiden kansainvälisen yksikköjärjestelmän ja tärkeimpien yksiköiden nimet, jotka nykyisinkin ovat käytössä SI-järjestelmässä.
1881 Suomen ensimmäinen puhelinkeskus Turkuun
1896 Guglielmo Marconi Keksi radion[18]
1896 Wilhelm Röntgen Keksi röntgenputken ja loi pohjan röntgentutkimukselle lääketieteessä
1897 Joseph John Thomson Elektroni löydettiin[11]
1898 Valdemar Poulsen Ensimmäinen magneettitallennin, telegrafon-rautalankakelalaite
1899 Sähköauto Le Jamais Contente rikkoo 100 km/h nopeusrajan
1906 Lee De Forest Elektroniputki[11]
1920-luku Radiolähetystoiminta alkaa
1925 Televisio keksitään
1926 Suomen Yleisradio perustetaan[19]
1930-luku Magnetofoni (avokelanauhuri)
1930-luku Loisteputki kaupalliseen tuotantoon
1940-luku TV-lähetystoiminta alkaa
1946 Ensimmäinen radioputkilla toimiva tietokone "ENIAC"
1947 John Bardeen,
Walter Houser Brattain ja
William Bradford Shockley
Transistori[11]
1950-luku Digitaalielektroniikkaa aletaan kehittää
1955 Suomen ensimmäinen tv-antennilähetys Helsingissä
1960-luku Vinyylilevy (LP-levy)
1963 C-kasetti-formaatti julkaistaan musiikin toistamiseen
1960-luvun loppu Mikropiirien kehittäminen alkaa
1970-luku Mikroprosessoritekniikka alkaa kehittyä
1970-luku Matkapuhelimet ARP, NMT
1970-luku Telefaksit tulevat yleiseen käyttöön
1976 Videonauhurit alkavat yleistyä, kun VHS-formaatti julkaistaan
1977 Mikrotietokone Apple II koti- ja yrityskäyttöön tulee markkinoille
1980-luku Tietokone tulee koteihin
1981 NMT-matkapuhelin käyttöön Pohjoismaissa
1981 Käytännön standardiksi muodostuva henkilökohtainen tietokone IBM PC julkaistaan
1982 CD-levy-formaatti käyttöön musiikin ja datan tallentamiseen
1987 DAT-nauha julkaistaan musiikin ja datan tallentamiseen
1984 GPS (satelliittipaikannusjärjestelmä) tuli siviilikäyttöön
1990-luku Kehittyneemmät matkapuhelimet GSM
1995 DVD-levy-formaatti käyttöön videoiden, musiikin, datan tallentamiseen

Aktiiviset elektroniikkakomponentit vuosikymmenittäin[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aktiiviset komponentit
Vuosikymmen Komponentit - niiden koko ja toimintanopeus Piirejä ja komponenteista rakennettuja laitteita
1900 Elektroniputki keksittiin vuonna 1906[11].
1910
1920 Putkiradiolähetin ja putkiradiovastaanotin
1930
1940 Transistori keksittiin 1947[11]. Bipolaarinen liitostransistori keksittiin 1948[11].
1950 Mikropiiri (integroitu piiri) keksittiin 1958[11]. Ensimmäinen transistoroitu tuote, kuulokoje Sonotone, tuli markkinoille 1952[11]. Ensimmäinen transistoriradio, Regency TR-1, tuli markkinoille 1954[11].
1960 MOSFET, joka on digitaalitekniikan perustana, keksittiin 1960[11]. Samaan koteloon laitettiin monia transistoreja ja muita komponentteja: mikropiirit alkoivat kehittyä. Monoliittiset operaatiovahvistimet μA702 1963 ja μA741 1968. 1 kbit muistipiiri Inteliltä 1969[20].
1970 Mikroprosessorit alkoivat kehittyä. Kymmenien kilobittien muistipiirejä. Intel 4004-mikroprosessori 1971[11]. EPROM 1971.
1980 Prosessoreissa satoja tuhansia transistoreja yhdellä piirillä ja toimintataajuus kymmeniä megahertsejä. Megabittien muistipiirejä. Flash-muistit. Intel 486:ssa yli miljoona transistoria 1989[11]. IBM PC 1981, kotitietokoneita.
1990 Prosessoreissa miljoonia transistoreja ja toimintataajuus satoja megahertsejä. Satojen megabittien muistipiirejä.
2000 Prosessoreissa kymmeniä miljoonia transistoreja ja toimintataajuus useita gigahertsejä. Gigabittien muistipiirejä.
2010 Suurimmissa prosessoreissa yli miljardi transistoria[21].

Kirjallisuutta[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c d Satu Hassi, Jukka Hatakka, Heimo Saarikko, Jukka Valjakka: Lukion fysiikka , Sähkö ja magnetismi 1, s. 16. Porvoo: WSOY, 1998. ISBN 951-0-20143-X.
  2. Sähkö ja magnetismi 1, s. 24
  3. a b Iso tietosanakirja, 13. osa (Suonenisku-Trooli), art. Sähkö, 1937
  4. Sähkö ja magnetismi 1, s. 17
  5. Sähkö ja magnetismi 1, s. 40
  6. a b Sähkö ja magnetismi 1, s. 37
  7. Hans Christian Oerstedt: Biography IEEE Global History Network. Viitattu 20.8.2011.
  8. Kaarle Kurki-Suonio: Vuorovaikutuksesta kenttiin, Sähkömagnetismin perusteet, Limes 1993, ISBN 951-745-155-5
  9. Sähkötekniikan historia, s. 90-92. Tampere: Otatieto, 1994. ISBN 951-672-188-5.
  10. a b c Milla Kallonen: Sähkönkulutus kotitalouksissa. TKK, 2006.
  11. a b c d e f g h i j k l m n Arto Lehto: Transistori 60 v. Maailma mullistui puolivahingossa, Tiede 2007
  12. Miten vanha keksintö mikro on? Historianet.fi
  13. a b c d e f Ylen vuosikymmenet, YLE
  14. Sähkötekniikan historia, s. 90-92. Tampere: Otatieto, 1994. ISBN 951-672-188-5.
  15. Sähkötekniikan historia, s. 240-241. Tampere: Otatieto, 1994. ISBN 951-672-188-5.
  16. Sähkötekniikan historia, s. 177. Tampere: Otatieto, 1994. ISBN 951-672-188-5.
  17. Sähkötekniikan historia, s. 278-283. Tampere: Otatieto, 1994. ISBN 951-672-188-5.
  18. Sähkötekniikan historia, s. 338-341. Tampere: Otatieto, 1994. ISBN 951-672-188-5.
  19. Sähkötekniikan historia, s. 357-358. Tampere: Otatieto, 1994. ISBN 951-672-188-5.
  20. Mary Bellis: History of Computer Memory; Inventors, About.com
  21. Jon Stokes: Two billion-transistor beasts: POWER7 and Niagara 3; Ars Technica 2010

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]