Ludzie zostali wyposażeni w zmysły pozwalające im poznawać otoczenie oraz w manualne zdolności pozwalające dostosowywać to otoczenie do własnych potrzeb. Duży obszar zjawisk i praw natury jest jednak niedostępny dla naszych zmysłów. Takim zjawiskiem, niesłychanie ważnym w naturze a prawie niedostrzegalnym przez zmysły, jest elektryczność.
Pośrednio efekty wywoływane przez elektryczność ludzie obserwowali od dawna, ale nie wyobrażali sobie wykorzystania tych zjawisk. Pioruny uważane były za zjawiska nadprzyrodzone, nad którymi nie można zapanować (i nie można tego wykorzystywać do dzisiaj). Przyciąganie małych, suchych fragmentów liści przez pocierany futrem bursztyn (po grecku – elektron) było tylko ciekawostką, bez możliwości praktycznego zastosowania.
Dopiero wiek XIX przyniósł możliwości kontrolowania i sterowania zjawiskami elektrycznymi, chociaż w tamtych czasach nadal naukowcy nie wiedzieli, jaka jest natura tych zjawisk. Zaczęto wykorzystywać możliwości transmitowania i wykorzystywania energii elektrycznej (silniki), wytwarzania ciepła (grzejniki, żarówki), rozdzielania i oczyszczania metali (galwanizacja).
W tym czasie powstawało wiele teorii próbujących wytłumaczyć, czym jest elektryczność. Wyobrażano sobie to zjawisko jako jakiś gaz lub lekką ciecz, poruszające się w metalach i niektórych innych substancjach. Dopiero pod koniec XIX wieku, zorientowano się, że prąd elektryczny to najczęściej ruch niesłychanie małych cząsteczek, które (korzystając z języka greckiego) nazwano elektronami. Elektron zajmuje tak małą przestrzeń, że fizycy nie mogli określić jej zakresu. Z czasem zorientowano się, że jest to jakby mgiełka, kłębek zapętlonej przestrzeni – twór trudny do wyobrażenia.
Rozmiar elektronów tak różni się od rozmiarów naszego ziemskiego otoczenia, jak nasze otoczenie różni się od rozmiarów Wszechświata. Nic więc dziwnego, że nie możemy „dostrzec” elektronów, a jedynie możemy śledzić zjawiska, które powoduje ich ruch.
Gdy rozszyfrowano naturę prądu elektrycznego, zorientowano się, że ruch elektronów może przenosić nie tylko energię, lecz również sygnały. Na początku XX wieku skonstruowano urządzenia sterujące przepływającym strumieniem elektronów, lampy radiowe, a pół wieku później, tranzystory. Dało to technice niewyobrażalne dotąd możliwości i dział ten nazwano elektroniką. Pierwsze półwiecze elektroniki, to głównie telekomunikacja. Rozwinięto sieć telefoniczną, w której głos (drgania powietrza) przekształcano na sygnały elektryczne (zmienny prąd) transmitowane po drutach. Przy transmisji na duże odległości, sygnały te były wzmacniane przez „lampy radiowe”.
Lampy te, w postaci baniek z wypompowanym powietrzem umożliwiły wzmacnianie sygnałów wysyłanych w przestrzeń przez „radiostacje” i docierających do odbiorników radiowych, które zajęły poczytne miejsce niemal w każdym domu. Komunikacją radiową zainteresowały się wszystkie służby, już nie trzeba było wysyłać specjalnego gońca z wiadomością, wystarczyło użyć przenośne stacje nadawczo-odbiorcze.
W połowie XX wieku dopracowano metody zamiany obrazów świetlnych na sygnały elektryczne i miejsce radioodbiorników zaczęły zajmować telewizory. Możliwość przekazywania kolorowych ruchomych obrazów pomiędzy kontynentami jest nadal zdumiewająca dla wielu osób. Gdyby pokazać to komuś przed stu laty, uznane byłoby to za „diabelską moc”.
Elektronika zmieniła radykalnie metody fotografii. Coraz mniej ludzi używa tradycyjne aparaty fotograficzne z filmem, nie mówiąc już o kamerach filmowych, które dawniej zużywały bezpowrotnie zwoje taśmy. Prawie w każdym domu mamy „faxy” lub kopiarki, które przekształcając obrazy na sygnały elektryczne pozwalają na szybkie powielanie druków i rysunków. Również zdjęcia z naszych fotoaparatów można szybko transmitować po drutach do urządzeń drukujących.
Na sygnały elektryczne można zamieniać obecnie prawie wszystkie otaczające nas zjawiska. Elektronika wkroczyła w tak obszerną dziedzinę, jaką jest miernictwo.
Większość współczesnych termometrów oparta jest na zjawisku przekształcania temperatury na parametry prądu. Dawne termostaty w mieszkaniach, powodujące włączanie urządzeń ogrzewających i ochładzających sprężynką ze zmieniającego kształt „bimetalu”, zastąpione zostały precyzyjniejszymi urządzeniami elektronicznymi. Termometry elektroniczne używamy powszechnie do pomiaru temperatury powietrza oraz wnętrza różnych urządzeń domowych (lodówki, piekarniki). Sygnały z tego typu termometrów można przekształcać i wyświetlać w formie cyfrowej. Elektronicznie mierzymy już różne parametry silnika samochodowego, ciśnienie powietrza w oponach, naszą wagę po kąpieli a także wagę lekkich listów, jak i ciężkich samochodów transportowych. Mało kto nosi na co dzień zegarek mechaniczny – chyba tylko ze snobizmu. Dokładność i niezawodność zegarków elektronicznych (dobrze zaprojektowanych i wykonanych) jest nie do pobicia.
Prawie każdy ma przy sobie dzisiaj „telefon komórkowy”, jakby kontynuację małych radiostacji nadawczo-odbiorczych. Możliwość zbudowania takiej sieci, opartej na transmisji radiowej, była nie do pomyślenia pięćdziesiąt lat temu. Mierniki odległości, zarówno w laboratoriach, mierzące precyzyjnie mikroskopijne odległości, jak i te laserowe pozwalające z milimetrową dokładnością mierzyć odległość do Księżyca, to kolejne osiągnięcie miernictwa elektronicznego.
Nie sposób wymieniać instrumentów pomiarowych w laboratoriach i przemyśle. Powszechne jeszcze 20–30 lat temu mechaniczne mierniki, czujniki i czasomierze oraz analizatory chemiczne – zostały zastąpione urządzeniami elektronicznymi, gdyż każda wielkość fizyczna może być obecnie przekształcona na sygnały elektryczne.
Największa zdobycz elektroniki to „technika cyfrowa”. Opracowywane od kilkudziesięciu lat elementy i zespoły elektroniczne pozwalające na zapamiętywanie sygnałów i zmieniające swoją pamięć pod wpływem nadchodzących sygnałów, pozwoliły na budowę maszyn liczących, które wyparły całkowicie dawniej używane liczydła mechaniczne. Zorientowano się szybko, że te nowoczesne liczydła, „komputery”, mogą zapamiętywać wprowadzane znaki, obrazy i całe pliki danych, jednocześnie segregując je i porównując z innymi danymi.
Komputery po kilkunastu latach przestały być tylko maszynami liczącymi, a stały się powszechnym urządzeniem do wszystkiego. Przez ludzi są powszechnie używane do wymiany i gromadzenia informacji. Ten felieton piszę oczywiście „na komputerze” i prześlę go drogą elektroniczną do redakcji, gdzie również „bez dotykania” będzie elektronicznie przeformatowany do wymagań druku gazetowego i również elektronicznie przekazany do maszyn drukujących.
W przemyśle każdy proces i każda maszyna, zaprojektowana i wykonana w ostatnich kilkunastu latach, wyposażona jest w komputer. Opracowano i zunifikowano programy, dzięki którym różne komputery mogą przekazywać wzajemnie sygnały – jest to swoisty język elektroniczny. Po „zaprogramowaniu” i otrzymaniu poleceń sterujących, komputer nadzoruje pracę bardzo skomplikowanych maszyn, a nawet całych linii produkcyjnych.
Elementy elektroniczne, zarówno te przekształcające zjawiska natury na sygnały elektryczne, jak i te, które analizują te sygnały i opracowują informacje, podlegają ciągłym ulepszeniom i miniaturyzacji. Ilość elementów budowanych i łączonych na płytce półprzewodnikowej jest trudna do wyobrażenia. Nie można już ich dostrzec nawet pr
zez mikroskop optyczny. Do produkcji tych „układów scalonych” metodą fotograficzną, trzeba używać promieniowania ultrafioletowego a nawet rentgenowskiego.
Wzrosła niesłychanie niezawodność sprzętu elektronicznego. Zanikają już warsztaty naprawiające telewizory, radioodbiorniki i podobny sprzęt. Aparaty coraz rzadziej się psują. Awarie mają najczęściej powód mechaniczny i taniej jest kupić nowy aparat o nowych, lepszych parametrach, niż naprawiać kilkunastoletni sprzęt.
Co jakiś czas jesteśmy jednak alarmowani możliwościami ogólnoświatowej awarii sprzętu elektronicznego. Obawa ta wynika z coraz większej „delikatności” układów elektronicznych, związanej z miniaturyzacją. Do zapamiętania informacji o jasności i kolorze pojedynczego punktu (pixsela) w naszych aparatach i fotokamerach potrzeba zaledwie kilkudziesięciu elektronów. Promieniowanie jądrowe lub kosmiczne może wpływać jednorazowo na setki i tysiące elektronów. Problemów wywołanych tymi zjawiskami jednak nie obserwuje się na co dzień.
Fizycy zorientowali się, że powszechne awarie sprzętu elektronicznego mogą być spowodowane wybuchem jądrowym w Kosmosie. Pojawiło się takie określenie „impuls elektromagnetyczny” wywoływany przez promieniowanie jądrowe oddziaływujące na powietrze atmosferyczne. Nie ma wielu obserwacji jak w praktyce działa impuls elektromagnetyczny na urządzenia elektryczne i elektroniczne. Zanotowano kilka wypadków awarii sprzętu na Hawajach i w Rosji po doświadczalnych wybuchach jądrowych prowadzonych jeszcze w latach 60. ubiegłego wieku. Nie były to jednak uszkodzenia tak rozległe jak prognozowali fizycy.
Obecnie odżywa co jakiś czas plotka o końcu świata w roku 2012. „Wyznawcy” końca świata znaleźli nowy powód. Możliwość wystrzelenia przez Słońce strumienia promieniowania w kierunku Ziemi, co może spowodować w atmosferze „impuls elektromagnetyczny” i całe pasmo awarii. Jest to jednak teoria mocno naciągana, gdyż dotychczas obserwowane efekty takich wybuchów na Słońcu były niewielkie, za wyjątkiem zakłóceń i zaników międzykontynentalnej łączności radiowej i niewielkich przepięć na liniach telegraficznych i elektrycznych. Jedynym widocznym efektem obserwowanym przez mieszkańców stref bliskich biegunom były intensywne i długotrwałe zorze polarne.
Awarie współczesnego sprzętu elektrycznego i elektronicznego dalej się zdarzają, ale konsekwencje tego szybko są usuwane i zapominane. Gdyby naukowcy naprawdę byli przekonani o prawdopodobieństwie globalnych awarii trudnych do usunięcia, podejmowane byłyby już od dawna odpowiednie działania zapobiegawcze. (ami)
Redakcja
