Tässä blogikirjoituksessa tarkastellaan, miten sähkötekniikka vaikuttaa jokapäiväiseen elämään ja muokkaa tulevaisuuden yhteiskuntaa saavutettavalla ja kiinnostavalla tavalla.
Sähköstä on tullut olennainen osa modernia yhteiskuntaa. Elämä ilman sähköä on lähes mahdotonta kuvitella. Jos sähkö katoaisi, kaikki liikennejärjestelmät, myös metrot, pysähtyisivät. Maailmantalous romahtaisi, sotilaalliset turvallisuusjärjestelmät pettäisivät ja kansakunnat ajautuisivat kaaokseen. Lisäksi kohtaisimme haitan, ettemme voisi käyttää jokapäiväisiä esineitä, kuten älypuhelimia, tietokoneita tai edes hissejä. Sähkötekniikka on ala, joka käsittelee tätä sähköä, jolla on niin keskeinen rooli elämässämme. Monet ihmiset kuitenkin yhdistävät sähkötekniikan esimerkiksi sähköasentajiin tai sähköyhtiöiden huoltoteknikkoihin tai tietokoneiden korjausteknikkoihin. Siksi tämän artikkelin tarkoituksena on selittää, mitä sähkötekniikka on, tavalla, jonka lukijat ymmärtävät helposti.
Sähkötekniikka voidaan jakaa karkeasti kahteen alueeseen. Ensinnäkin se on sähköisten ilmiöiden tutkimusta ja soveltamista. Toiseksi se on magneettisten ilmiöiden tutkimusta ja soveltamista. Ensi silmäyksellä nämä kaksi kenttää saattavat vaikuttaa täysin toisistaan riippumattomilta, mutta sähköllä ja magnetismilla on yhteinen alkuperä: molemmat ovat elektronien synnyttämiä ilmiöitä. Atomit, aineen pienimmät yksiköt, koostuvat ytimestä ja elektroneista. Atomin ydin sisältää positiivisesti varautuneita protoneja ja neutraaleja neutroneja, kun taas elektroneilla on negatiivinen varaus. Sähkö on ilmiö, joka syntyy, kun elektronit liikkuvat, kun taas magnetismi on ilmiö, joka syntyy paikallaan pysyvien elektronien ansiosta. Katsotaanpa siis tarkemmin, mitä sähkötekniikka opettaa näistä sähköisistä ja magneettisista ilmiöistä.
Elektronit voivat liikkua useista eri syistä, ja näiden elektronien virtausta kutsutaan sähkövirraksi. Lisäksi elektronien liikkuessa siirtyvää energiaa kutsutaan sähköenergiaksi. Sähkötekniikka tutkii sähköenergian siirtoa ja jakautumista. Reittiä, jota pitkin virta kulkee, sekä reitillä olevia materiaaleja kutsutaan yhteisesti piiriksi. Piirin sisällä on virran lisäksi olemassa jännitteen käsite. Tämä toimii kuin liukumäen korkeus, jolloin virta kulkee luonnollisesti korkeammista pisteistä alempiin. Virran virtaamiseen matalampijännitteisestä pisteestä korkeampaan tarvitaan lisäenergiaa.
Virtapiirin peruskomponentteja ovat vastukset, induktorit ja kondensaattorit. Vastukset estävät virran kulkua, induktorit indusoivat jännitteen virran muutoksista ja kondensaattorit varastoivat sähköenergiaa. Näitä kolmea elementtiä merkitään kirjaimilla R, L ja C. Sähkötekniikka opettaa, kuinka näitä komponentteja käyttäen suunnitellaan tiettyihin tarkoituksiin räätälöityjä piirejä. Esimerkiksi pelkkä huippuluokan älypuhelimen piirin asentaminen tietokoneen piiriin ei takaa tietokoneen moitteetonta toimintaa. Jokainen elektroninen laite tarvitsee toimiakseen oikein suunnitellun piirin.
Toinen sähkötekniikassa käsitelty merkittävä ilmiö on magnetismi. Kaikki aine sisältää elektroneja, ja sen sähköiset ominaisuudet vaihtelevat elektronien määrän mukaan. Aine, jossa on paljon elektroneja, kantaa negatiivista varausta, kun taas aine, jossa on vähän elektroneja, kantaa positiivista varausta. Näiden varausten synnyttämiä voimia kutsutaan magneettisiksi ilmiöiksi. Esimerkiksi samanlaiset varaukset hylkivät toisiaan, kun taas vastakkaiset varaukset vetävät toisiaan puoleensa; tätä kutsutaan Coulombin voimaksi. Magneettien ja rautalastujen välinen vuorovaikutus, jota kohtaamme yleisesti jokapäiväisessä elämässä, johtuu juuri Coulombin voimasta.
Vaikka sähköiset ja magneettiset ilmiöt näyttävät olevan itsenäisiä, ne todellisuudessa ovat läheisessä vuorovaikutuksessa keskenään. Ensisijainen tätä tutkiva tutkimusalue on sähkömagnetismi. Sähkömagnetismi tutkii sähköisten ja magneettisten ilmiöiden välistä vuorovaikutusta ja löytää sovelluksia eri aloilla. Hyvä esimerkki on sähkömagneettinen aalto, joka syntyy sähköisten ja magneettisten ilmiöiden vuorovaikutuksesta. Valo on yksi tällainen sähkömagneettinen aalto. Sähkömagneettiset aallot toimivat väliaineena, joka kykenee kuljettamaan ja siirtämään monimuotoista tietoa. Sähkötekniikka tutkii, miten tietoa voidaan upottaa ja analysoida tässä väliaineessa. Esimerkiksi internet-reitittimen antenni vastaanottaa sähköisiä signaaleja, muuntaa ne sähkömagneettisiksi aalloiksi ja lähettää Wi-Fi-signaaleja.
Tämän lisäksi sähkötekniikka haarautuu aloille, kuten energiatekniikka, joka keskittyy sähköenergian tehokkaaseen muuntamiseen ja hyödyntämiseen; puolijohdetekniikka, joka tutkii puolijohteita; ohjelmistoihin liittyvät ohjelmointialat; säätötekniikka, joka hallitsee sähkökäyttöisiä laitteita; ja tietoliikennetekniikka, joka tutkii tietoliikenteen periaatteita ja sovelluksia. Vaikka nämä alat saattavat vaikuttaa erillisiltä, niillä kaikilla on yhteinen perusta elektronien ohjaamissa ilmiöissä.
Yhteenvetona voidaan todeta, että sähkötekniikan moninaiset tieteenalat ja teknologiat ovat tulleet korvaamattomiksi teknologioiksi jokapäiväisessä elämässämme. Älypuhelin on sähkötekniikan ilmentymä, ja jokainen komponentti – kosketusnäyttö, käyttöjärjestelmä, LTE-tietoliikenneverkko, pienoiskamera ja akku – kuuluu sähkötekniikan sovellusalueeseen. Sähkötekniikka on siis ratkaisevan tärkeä ala, joka ajaa nyky-yhteiskunnan teknologista kehitystä.
