W tym wpisie na blogu w przystępny i angażujący sposób autorzy analizują wpływ elektrotechniki na codzienne życie i to, jak będzie kształtować przyszłe społeczeństwo.
Energia elektryczna stała się niezbędnym elementem współczesnego społeczeństwa. Życie bez niej jest niemal niewyobrażalne. Gdyby zniknęła, wszystkie systemy transportowe, w tym metro, uległyby zatrzymaniu. Globalna gospodarka uległaby załamaniu, wojskowe systemy bezpieczeństwa zawiodłyby, a narody pogrążyłyby się w chaosie. Dodatkowo, musielibyśmy zmierzyć się z niedogodnościami związanymi z brakiem możliwości korzystania z przedmiotów codziennego użytku, takich jak smartfony, komputery, a nawet windy. Elektrotechnika to dziedzina zajmująca się elektrycznością, która odgrywa tak ważną rolę w naszym życiu. Jednak wiele osób utożsamia elektrotechnikę z zawodami takimi jak elektrycy, technicy utrzymania ruchu w firmach energetycznych czy technicy zajmujący się naprawą komputerów. Dlatego niniejszy artykuł ma na celu wyjaśnienie, czym jest elektrotechnika, w sposób łatwy do zrozumienia dla czytelników.
Elektrotechnikę można zasadniczo podzielić na dwa obszary. Po pierwsze, to badanie i zastosowanie zjawisk elektrycznych. Po drugie, to badanie i zastosowanie zjawisk magnetycznych. Na pierwszy rzut oka te dwie dziedziny mogą wydawać się zupełnie niezwiązane, ale elektryczność i magnetyzm mają wspólne źródło: oba są zjawiskami generowanymi przez elektrony. Atomy, najmniejsze jednostki tworzące materię, składają się z jądra atomowego i elektronów. Jądro atomowe zawiera dodatnio naładowane protony i neutralne neutrony, podczas gdy elektrony niosą ładunek ujemny. Elektryczność to zjawisko zachodzące, gdy elektrony się poruszają, a magnetyzm to zjawisko zachodzące pod wpływem nieruchomych elektronów. Przyjrzyjmy się zatem bliżej temu, czego elektrotechnika uczy o tych zjawiskach elektrycznych i magnetycznych.
Elektrony mogą się poruszać z różnych powodów, a przepływ tych elektronów nazywa się prądem elektrycznym. Co więcej, energia przekazywana podczas ruchu elektronów nazywana jest energią elektryczną. Elektrotechnika zajmuje się badaniem przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej. Ścieżka, którą płynie prąd, wraz z materiałami znajdującymi się na tej ścieżce, nazywana jest zbiorczo obwodem. W obwodzie, oprócz prądu, istnieje pojęcie napięcia. Działa ono jak wysokość zjeżdżalni, powodując naturalny przepływ prądu z punktów wyższych do niższych. Dodatkowa energia jest potrzebna, aby prąd płynął z punktu o niższym napięciu do punktu o wyższym napięciu.
Podstawowymi elementami obwodu są rezystory, cewki indukcyjne i kondensatory. Rezystory hamują przepływ prądu, cewki indukcyjne indukują napięcie w wyniku zmian prądu, a kondensatory magazynują energię elektryczną. Te trzy elementy są oznaczone odpowiednio jako R, L i C. Elektrotechnika uczy, jak projektować obwody dostosowane do konkretnych celów, wykorzystując te elementy. Na przykład, samo zainstalowanie układu zaawansowanego smartfona w układzie komputera nie gwarantuje jego prawidłowego działania. Każde urządzenie elektroniczne wymaga układu zaprojektowanego specjalnie do jego konkretnego przeznaczenia, aby działać prawidłowo.
Innym ważnym zjawiskiem badanym w elektrotechnice jest magnetyzm. Każda materia zawiera elektrony, a jej właściwości elektryczne różnią się w zależności od ich liczby. Materia z wieloma elektronami ma ładunek ujemny, podczas gdy materia z niewielką liczbą elektronów ma ładunek dodatni. Siły generowane przez te ładunki nazywane są zjawiskami magnetycznymi. Na przykład ładunki jednoimienne odpychają się, a ładunki przeciwne przyciągają; zjawisko to znane jest jako siła Coulomba. Oddziaływanie między magnesami a opiłkami żelaza, z którym powszechnie spotykamy się w życiu codziennym, jest właśnie spowodowane siłą Coulomba.
Chociaż zjawiska elektryczne i magnetyczne wydają się istnieć niezależnie, w rzeczywistości ściśle na siebie oddziałują. Głównym obszarem badań badawczych jest elektromagnetyzm. Elektromagnetyzm bada interakcje między zjawiskami elektrycznymi i magnetycznymi i znajduje zastosowanie w różnych dziedzinach. Doskonałym przykładem jest fala elektromagnetyczna, fala generowana przez interakcję zjawisk elektrycznych i magnetycznych. Światło jest jedną z takich fal elektromagnetycznych. Fale elektromagnetyczne służą jako medium zdolne do przenoszenia i przesyłania różnorodnych informacji. Inżynieria elektryczna bada, jak osadzać i analizować informacje w tym medium. Na przykład antena routera internetowego odbiera sygnały elektryczne, przekształca je w fale elektromagnetyczne i przesyła sygnały Wi-Fi.
Poza tym elektrotechnika dzieli się na takie dziedziny jak energetyka, która koncentruje się na efektywnym przetwarzaniu i wykorzystaniu energii elektrycznej; inżynieria półprzewodników, która bada półprzewodniki; dyscypliny związane z oprogramowaniem, zajmujące się programowaniem; inżynieria sterowania, która zarządza urządzeniami elektrycznymi; oraz inżynieria komunikacji, która bada zasady i zastosowania komunikacji. Choć te dyscypliny mogą wydawać się odrębne, wszystkie mają wspólny fundament, jakim są zjawiska napędzane przez elektrony.
Podsumowując, różnorodne dyscypliny i technologie elektrotechniki stały się nieodzownym elementem naszego codziennego życia. Smartfon jest ucieleśnieniem elektrotechniki, a każdy jego element – ekran dotykowy, system operacyjny, sieć komunikacyjna LTE, miniaturowy aparat fotograficzny i bateria – należy do dziedziny zastosowań elektrotechniki. Tym samym elektrotechnika jest kluczową dyscypliną napędzającą postęp technologiczny współczesnego społeczeństwa.
