O POČECIMA ELEKTRONIKE, KRONIKA ELEKTRONIKA
UDK : 621.38 (091)
Slavko Šimunić, prof., Zagreb
Sažetak:
Članak je jedan od cvjetova (uvod) stručka rukopisa "Kronika Elektronika"
("ELEKTRONIKA"), pabirčenih tijekom više desetljeća u nekoliko vrtova napajanih
iz različitih izvora a subjektivno je viđenje začetka, rođenja i možebitnog značaja
elektronike, jednog od svjetionika naše civilizacije.
Namjena:
Od pamtivjeka,dan danas i u vijeke vjekova učitelj nastoji prenjeti i promicati znanje,
oteti zaboravu dobro, potaknuti na razmišljanje i djelovanje, upozoravati.
Svake sekunde obleti jezgru 500 trilijuna puta. Promjer njegov 400 000 000 000 puta
manji je od milimetra. Njegova masa 1 000 000 000 000 000 000 000 000 puta manja
je od grama. Posjeduje elektricitet 1.6x10-19 C. Njegovo ime je elektron.
Elektricitet poznajemo odavna, no prirodu njegovu nismo mogli pobliže pojasniti
tijekom mnogih tisućljeća. Munje i gromovi bijahu bijes bogova. Najveći umovi
proteklih vremena ni ne pomišljahu da bi elektricitet mogao služiti ljudima.
Elektricitet, opći je naziv pojave vezane uz elektrone i protone u mirovanju i/ili
gibanju. U mirovanju ove čestice karakterizirane su električnim poljem a u gibanju
električnim i magnetskim poljem.
No što je o elektricitetu mislio antički grčki filozof Tales iz Mileta koji prvi opisuje tu
pojavu. Tales smatra da su elektricitet otkrili tkalci, prerađivači vune. Možda je
elektricitet otkrila ljepotica ukrašavajući se ogrlicom ili češljem od jantara? Grčka riječ
za jantar je elektron, a njeno usko značenje u početku bijaše sila u jantaru.
Atom, najmanja čestica elementa koja može ući u kemijsku kombinatoriku, grčka je
riječ značenja "nedjeljiv", nerastavljiv na jednostavnije djelove. Danas, atom je
djeljiva čestica. Osim elektrona, u atomu su glede mase 1800 puta veći divovi protoni i
neutroni međusobno čvrsto vezani silama jezgre. Gdje su sile tamo je i energija.
Proton, slično elektronu, posjeduje naboj ali "suprotnoga" karaktera, predznaka.
Protoni i neutroni (jezgra), te elektroni (omotač), zajedno tvore atom normalno
električki neutralan. No atom može biti i električki nabijen: pozitivan ili
negativan.Takav atom naziva se "ion" što u grčkome jeziku znači putnik.
Elektroni u atomu vezani su, nemogu napustiti atom sami od sebe, no ipak su od
čitave obitelji elementarnih čestica prvi otkriveni. Slijedila su zatim otkrića ostalih
članova; protona, neutrona, fotona, mezona, hiperona, ...,no nije prvenstvo otkrića
elektrona uvjetovalo razvoj elektronike već njegova svojstva: naboj i zanemariva masa.
Proton također ima naboj ali i veliku masu koju je teško pokrenuti i pokretati te je to
razlog što nemamo protoniku.
Neutron nema naboja a uz to ima i veliku masu pa kako onda upravljati njegovim
gibanjem pomoću sila električnoga i/ili magnetskog polja? S toga razloga nemamo
neutroniku.
Foton nikada ne miruje, nemože stajati u mjestu, uvijek je u gibanju. Znanstvenici drže
da je njegova masa nula, nema je. Fizičari kažu da se sva vidljiva svjetlost sastoji od
fotona; koliko je važna svjtlost nije potrebno naglašavati, no ipak nema fotonike!
Elektronika je razvila mnoga područja, čvrsta je platforma svekolikih telekomunikacija,
računala i informatike.
Helmholtz je proučavao elektrolizu, ali za njega atom je još uvijek najsitnija, nedjeljiva
čestica.
U njegovo vrijeme još se nezna za elektron, no on pretpostavlja:"U prirodi mora
postojati konačan nedjeljiv dio elekriciteta, neka vrst električnog atoma." Helmholtz
niti pomislio nije da je njegova konstatacija prvi udarac koji će kasnije razbiti do tada
nedjeljiv atom.
Edison je prvi čovjek koji je "vidio" tijek električne struje bez žica. On je u zrakoprazni
balon stavio dvije elektrode.
Fleming je 1904. stvorio elektroničku cijev diodu s neposredno žarenom katodom.
Černišev poboljšava Flemingovu diodu posredno žareći katodu.
Plucker, Kirchner, Hittorf, Crooks, Perrin i Villard eksperimentiraju s katodnom cijevi
izum koje pripisujemo Karl Ferdinand Braunu godine 1897. od kada s njom
eksperimentira na sveučilištu u Strassburgu, tada u Njemačkoj. Njih zanima ponašanje
elektrona u električnom polju. Katodna cijev otkrivena je 40 godina prije diode.
Lee de Forest prima 05.10.1956. odličje Legije časti. Prigodom svečanosti predaje
odličja Loiuis de Broglie u svome govoru naglašava da je Lee de Forest jedno od
najvećih imena suvremene znanosti i tehnologije zahvaljujući otkriću prije pola stoljeća.
Što je to otkrio Lee? Ta on je samo u već postojeću Flemingovu diodu stavio još
jednu, treću elektrodu. Svoju elektroničku cijev nazvao je audion a mi je danas
poznajemo kao triodu. Ideja triode jedan je od stupova platforme na kojoj se temelji
telekomunikacijsko-informatičko doba.
Vratimo se na trenutak vremenski unazad.
Maxwel prikuplja podatke stotina laboratorija širom svijeta i genijalnošću svojega uma
združuje ih u jednadžbe elektromagnetskog polja predviđajući dotada neotkrivene
elektromagnetske valove.
Hertz nakon Maxwellove smrti stvara elektromagnetske valove.
Marconi i Popov koriste elektromagnetske valove u bežičnim telekomunikacijama,
radiokomunikacijama.
Mogu li telekomunikacije bez elektronike?
Godine 1895. Popov izvješćuje o rezultatima svojih prvih istraživanja glede bežičnih
komunikacija.
Dvije godine kasnije na Petrogradskom sveučilištu prikazuje mogućnost odašiljanja
radiosignala na udaljenost 250 metara, 1899. uspostavlja komunikaciju između dva
broda udaljena četrdesetak kilometara a 1900. godine zahvaljujući Popovu spašeno je
27 ribara brodolomaca.
U počecima radija nema elektronike. Jedva da postoji netko pismen tko nezna što je
transformator no rijetki su i u tzv. visokoobrazovanome pučanstvu oni koji znaju da je
primar radioodašiljač a sekundar radioprijemnik! Današnje odašiljače i prijemnike
dakako nemožemo zamisliti bez elektronike.
Mogu li računala bez elektronike?
Blaise Pascal izradio je računalo za zbrajanje i oduzimanje 1642. godine, međutm
pretpostavlja se da je sličan uređaj već između 1623. i 1624. godine konstruirao
Wilhelm Schickard. Prepustimo sporenje glede prvenstva Francuzima i Njemcima!
Današnja računala nemožemo zamisliti bez elektronike.
Možemo li rođenje elektronike vezati uz razvoj katodne cijevi, djetinjstvo uz
elektroničke cijevi, a početke zrelosti uz poluvodičke elektroničke komponente?
Razvoj telekomunikacija potiče usavršavanje dioda, trioda, te ostalih elektroničkih
cijevi i uređaja.
Tko, što, gdje, kada je početak elektronike? Ne, Helmholtz nije označio njen početak;
u njegovo doba nitko nije mogao upravljati elektronima.
Došla je i katodna cijev, pomogla u razvoju upravljanja elektronima, no nije potakla
elektroniku živeći unutar okvira laboratorija tzv. čiste znanosti kao zgodna igračka
nekolicine fizičara.
Može li se rođenje elektronike pripisati pronalasku triode? Zbog čega je Lee de Forest
uveo treću elektrodu? Izgleda da je on htio samo upravljati tijekom elektrona pomoću
električnog polja. Dakle, potrebno je bilo poznavanje polja. No čemu je korisnome
mogla poslužiti trioda? Odgovor je kratak: poboljšanju ondašnjih radiokomunikacija.
Otac "Odiseje u svemiru 2001" jednom reče:"Pretpostavite da Leonardu (da Vinci)
pokažete triodu i automobil. Automobilu bi zasigurno otkrio svrhu, ali za elektroničku
cijev nikada nebi pogodio čemu služi."
Kako izgleda, od čega je elektron? Neznamo. Prag koji znanost još nije prekoračila.
No izvrsno nam elektroni služe.
Koristimo radiovalove koje je stvoro Hertz. Hertz je ostvario i u praksi potvrdio
briljantnu Maxwellovu ideju. Maxwell je poopćio postavke genijalnog Faradaya.
U 19. stoljeću elektricitet već postaje temelj napretka, sastavnica tehničkih dostignuća i
znanstvenih teorija objašnjavanja strukture našega svijeta. Počinjemo shvaćati da
jedinstvena energija istom vrstom djelovanja sila rada naizgled potpuno različite
pojave.
Osim tzv. električnih i magnetskih sila, znanost poznaje gravitacijsku silu, silu inercije,
silu unutar atomske jezgre. Sila jezgre kratkog je dosega glede udaljenosti, ne prelaze
okvire jezgre atoma. Sila gravitacije Zemlje neznatno djeluje na atom jer je i suviše
lagan, zanemarive mase u ovom slučaju.
Samo eletrične i magnetske, bolje rečeno elektromagnetske, sile čini nam se djeluju
među atomima i molekulama, vladaju strukturama molekula, interakcijama atoma i
molekula, rezultiraju različitim ponašanjima fizičkih tijela, kemijskim pretvorbama.
Doba elektriciteta i magnetizma, jedinstvenog elektromagnetizma, osim što je
iznjedrilo snažne generatore električne energije, elektromotore, elektroniku,
telekomunikacije, računarstvo, informatiku,..., donjelo je nove poglede, stvorilo nove
vizije prirode mnogih pojava temeljenih na međudjelovanju elektromagnetskih polja
sila.
U 18. stoljeću znanost još nezna što je elektricitet, odakle dolazi, tek je ograničena na
utvrđivanje činjenica.
1734. francuski učenjak Fay pretpostavio je postojanje dva tipa električnog naboja.
Jedan tip nakupi se na jantarnom štapu trljanim vunom. Budući je znao da je jantar
okamenjena smola drveta, nazvao ga je "smolasti elektricitet." Naboj drugog tipa
sakupio bi se na staklenom štapu trljanim krznom ili kožom te je taj tip naboja nazvao
"stakleni elektricitet." Zbog praktičnosti označeni su predznacima "plus" i "minus".Već
tada znamo da se tijela nabijena nabojima istog predznaka odbijaju a ona različitih
predznaka privlače.
1775. Coulomb je izveo prvi količinski pokus. Njega je zanimalo što je to što tjera
nabijena tijela da se privlače odnosno odbijaju, kakove su to sile koje je nazvao
"električni fluidi", veličine, iznosi tih sila, te što je "točkasti naboj". Možda je točkasti
naboj Coulombu predstavljao elektron? Nikako, on nije imao ni blijede ideje o
elektronu. Točkasti naboj Coulombu je značio nabijeno tijelo čija je veličina mnogo
manja od udaljenosti tog tijela do drugog nabijenog tijela. Želio je odrediti , izmjeriti
silu međusobnog djelovanja dvaju točkastih naboja ovisno o njihovoj udaljenosti.
Morao je uzeti u obzir i količinu naboja datog svakom tijelu. U to doba sila je mogla
biti mjerena s prihvatljivom pogreškom, a i mjerenje udaljenosti između dva naboja
nije bilo problematično.
Prije Coulomba nije mjeren naboj; nije bilo ni mjerne jedinice niti mjerila kojim bi se
moglo uspoređivati naboje. Coulombova zamisao bijaše genijalna; uzeo je dvije kugle i
odredio silu kojom se privlače. Nakon toga uzeo je treću nenabijenu kuglu i njome
taknuo jednu nabijenu koja je u tom trenutku predala pola svoga naboja nenabijenoj,
budući su obje bile iste veličine i od istog materijala. Nakon toga sila se smanjila
napola. Povećanje udaljenosti 2,3,4, i 5 puta izazvalo je smanjenje sile 4,9,16, i 25
puta.
Coulomb je otkrio Zakon koji poštuju dva točkasta naboja:
Sila je upravo razmjerna veličinama oba naboja a obrnuto razmjerna kvadratu njihove
međusobne udaljenosti.
Ovaj Zakon nazivamo njegovim imenom a i mjernu jedinicu naboja također.
Iznenadili biste se poredbom jedinice naboja s iznosom naboja jednog elektrona.Naime,
tijelo treba primiti 6 290 000 000 000 000 000 elektrona da bi steklo naboj jedne
mjerne jedinice naboja; 1C.
Znajte i ovo: Ako bi svake sekunde na tijelo dolazilo milijun elektrona, trebalo bi
proteći 200 godina da se ono nabije na 1C (Coulomb).
Razvoj znanosti o elektricitetu počinje spoznajom da se raznoimeni naboji privlače a
istoimeni odbijaju. Slijedi postavljanje Zakona; izveden je prvi izraz uobličen u
formulu. No zašto se tijela privlače? Kako tijela djeluju jedno na drugo kad među njima
nema ni zraka (u vakuumu npr.),kada su u "praznom" prostoru? Znači li to da nabijeno
tijelo "osjeća" na neki način prisustvo drugoga nabijenog tijela? U ono doba znanost
nije mogla dati bolje objašnjenje od ovoga: "Neka nepoznata sila privlači naboje
suprotnih predznaka".
U mehanici sve bijaše jasno; tijela djeluju jedno na drugo pritiskom, trenjem, i nema
nikakovih sila dok ne dođu u dodir.
Ali, ne privlači li Zemlja svako tijelo čak iako je ono udaljeno od nje? Zašto? Na svako
tijelo koje ima masu djeluje sila gravitacije.
Dva naboja u različitim točkama prostora također su podvrgnuta djelovanju sila. Mogu
li se te sile predočiti? Možda je tako razmišljao Michael Faraday. On je okružio
nabijeno tijelo strelicama koje pokazuju smjer sile. Oko svakog naboja određeno je
područje djelovanja, influencije sila. Sile se šire iz naboja u okolni prostor. Prostor oko
naboja nije ostao"prazan". Prostor oko naboja okružen je poljem, poljem djelovanja
sila. U svakoj točci prostora je električno polje koje djeluje na naboj doveden u to
polje. Bijaše to briljantna tvrdnja bez obzira što Faraday ni pretpostaviti nije mogao
kakove će poslijetke izazvati u budućnosti.
Faradayovo vrijeme doba je burnog razvoja znanosti o elektricitetu. Svako novo
otkriće ubrzo nalazi primjene u daljnjim istraživanjima.
Vratimo se ponovo u vrijeme Coulomba. U ono doba nije se znalo što s nabojem. Ne
bijaše izvora elektriciteta a o njegovu prijenosu žicom s jednoga mjesta na drugo nije
se ni sanjalo. No mehanika, već dobro poznata, priskoči ljudima upomoć. Umjesto
zamornog trljanja štapa rukom, naši umni preci konstruiraše poseban kotač. U
nizozemskome gradu Leydenu obložiše staklenu bocu s unutarnje i vanjske strane
tankim olovnim limom misleći da će kotač puniti bocu nevidljivom "električnom
tekućinom".Sada znate zašto je prvi električni kondenzator oblika boce, lonca!
Ljudi su punili bocu elektricitetom i veselili se gledajući kratkotrajnu svjetlost stvorenu
naglim "pražnjenjem" boce. Takovi pokusi nisu izvođeni samo u laboratorijima
znanstvenika već i u vlastelinskim dvorcima.
Luj XV dao bi od svojih vojnika složiti živi lanac i uživao gledajući grimase na
njihovim licima kada bi struja pražnjenja lajdenske boce prošla takovim strujnim
krugom. Začuđeno gledateljstvo promatralo bi svjetlosne bljeskove uz popratne
primjedbe kao npr."O kako je čudno svjetlo u boci, što sve današnja znanost može
stvoriti!". Elektricitet bijaše tek zabavna čarolija.
No u doba Faradaya progresivno znanstveno mišljenje ozbiljno se usmjerava na
električne i magnetske pojave. Ampere i Davy, Volta i Ohm, Oersted i Helmholtz,
pristupaju istim problemima s raznih strana. Ideje nicahu kao gljive nakon kiše. Ovo
više ne bijahu kurioziteti pojedinaca, niti samo teorijska znanost zbog znanosti kao
sama sebi svrhom, već i praksa koja je ulazila u život ljudske vrste i rješavala sve više i
više njenih problema povratno djelujući na znanost glede daljnjih otkrića.
Dobar primjer praktične primjene znanja o elektricitetu i povratnog djelovanja
praktične primjene svakako je elektroliza razvijena glede dobivanja čistih metala i
plinova a koja je pomogla otkriću elektrona. Sličan kemijski proces postavio je temelje
prvim izvorima električne energije proizašlim otkrićima Galvanija i Volte poznatima
pod nazivima galvanski i Voltini članci.
Dobivši izvore, naši preci još dublje zagrizoše elektricitet, možda samo još jedan od
zabranjenih plodova s drva znanja Rajskoga vrta.
Naučismo slati električni naboj duž žica, osjetismo toplinu žica protjecanih električnom
strujom.
No toplinu je moguće iskoristiti za rad što bijaše poticaj revoluciji inženjeringa
elektriciteta u 19. stoljeću koji taj vijek i ovjenča slavom.
Iako Faraday nije mogao ni naslutiti elektroniku a Coulomb niti sanjati, ona sama
bijaše ključni dio njihovih istraživanja.
Coulomb je proučavao električni naboj a Faraday električno polje, jedinstveni temelj
elektronike, platforme svekolikih telekomunikacija, računala, informatike,...
Faraday je proučavao polja stvorena mirnim nabojem, stacionarnim elektricitetom.
Takova polja poput su pješčanih pustinjskih dina kada nema ni daška vjetra. Međutim,
naboj u električnim uređajima kada oni rade, u stalnom je gibanju. Polja oko gibajućih
naboja nisu mirne dine već pješčane oluje, valovito more, uzburkani elektromagnetski
valovi.
Elektromagnetski valovi odnosno elektromagnetsko polje, jedinstvo je u prošlosti
odvojeno razmatranih ali nedjeljivih prirodnih pojava elektriciteta i magnetizma.
Veza elektriciteta s magnetizmom nije otkrivena odjednom. U početku otkriše se
prividne sličnosti. Jantar privlači komadiće svile slično kao što magnet privlači željezo.
Naboj je okružen električnim a magnet magnetskim poljem. Uočene su i razlike;
pozitivan i negativan naboj mogli su postojati nezavisno jedan od drugoga, odvojeno,
dok se sjeverni od južnog pola magneta nije mogao razdvojiti ma na koliko sitne
djeliće djelili magnet. S toga, u prošlosti dvije su pojave istraživane odvojeno, neovisno
jedna od druge.
Slučajnost i/ili sreća a možda i Božja providnost, kako to ponekad biva, otkriše vezu
elektriciteta s magnetizmom.
Oersted, danski učenjak, 1819.god., izvodio je pokus s elektricitetom pred svojim
učenicima.
Blizu žice ležao je kompas slučajno ostavljen, nepotreban pokusu. Kada bi kroz žicu
protekao naboj, električna struja, igla kompasa otklonila se, pomakla.
"Što je to što otklanja magnetsku iglu kada uključim struju?" pitao se Oersted a s njim
i čitav znanstveni svijet.
Ovdje izvjesno postoji nešto o čemu vrijedi razmišljati.
Električna struja prolazeći žicom stvara magnetsko polje.
Dvije izgledno različite pojave čvrsto su povezane.
U najkraće mogućem vremenu, najvećom brzinom onoga doba, novost Oerstedova
pokusa obletje svijet. Žica, protjecana strujom, nije privlačila samo magnetsku iglu već
i pažnju znanstvenika širom svijeta. Na pragu velikih novih otkrića nitko nije mogao
potpuno objasniti pokus naizgled tako jednostavan.
Oersted je pretpostavljao da struja osim u žici teče i izvan nje.
Ampere je vjerovao da struja teče i u magnetskoj igli te da te dvije struje međusobno
utječu jedna na drugu.
Tko je u pravu? Možda oba griješe a možda su oba u pravu? Potrebni bijahu novi
pokusi koji će potvrditi ili srušiti postavljene pretpostavke i objasniti u potpunosti
pojavu.
U Parizu, Londonu,..., u svim europskim laboratorijima Oerstedov eksperiment
ponavljaju bezbroj puta.
Ampere nadahnut Oerstedovim otkrićem zaključava se u svoj laboratorij i istražuje
kako naboji djeluju međusobno kada ne miruju, već gibaju žicama. Neobično za
Amperea koji je uvažavao gotovo isključivo teoretski rad i razmišljanja te nije volio
eksperimentirati. Prihvatio se pokusa, svaku pretpostavku valjalo je pokusom
provjeriti, prihvatiti kao istinu ili odbaciti.
Andre Ampere u sedam veličanstvenih izvješća francuskoj Akademiji nauka,
obznanjuje svijetu rezultate svojega rada.
Sedam izvješća sedam je stupova mosta koji spaja dvije obale. Na jednoj je elektricitet
u mirovanju (električni naboj), a na drugoj u gibanju (električna struja). Prvu obalu
kojom je šetao Coulomb nazvasmo elektrostatika a drugu na koju je prešao Ampere,
elektrodinamika.
U međuvremenu Ampere među inim otkriva i svitak žice, zavojnicu poznatu pod
nazivom solenoid, koji će pomoći američkom učenjaku Henriju uskoro stvoriti
elektromagnete moćne dizati teret čak do dvije tone.
U Parizu, već za života slavni Ampere postavlja temelje nove znanosti.
U Londonu, istovremeno, Faraday, mlad, vrijedan i skroman djelatnik Kraljevskog
instituta,koji je upravo napustio posao u knjigovežnici, slijedeći Oersteda (čitav učeni
svijet igrao se Oerstedovim pokusom) također je stavio magnetsku iglu pored žice
kroz koju je puštao i prekidao tijek struje.
Priroda je Faradaya obdarila sumnjom koja traži provjeru, upornošću kojoj se ne nazire
kraj.
Faraday nije vjerovao ni u jedan tuđi zaključak tako dugo dok ga i sam nije provjerio
odnosno pokusom dokazao.
Da, magnetsku iglu zakreće tijek struje pored nje. No odakle sila koja ju je otklonila?
To je tek trebalo istražiti.
"Možda struja prolazeći žicom stvara oko sebe magnetsko polje?" pomislio je
Faraday. "Ako stavim dvije magnetske igle jednu pored druge, igle se također
zakrenu."
Pojava bi objašnjena međusobnim djelovanjem dvaju magnetskih polja.
Oersterd je potvrdio vezu elektriciteta s magnetizmom i postavio most između te dvije
obale do tada razdvojene rijekom neznanja. Faraday je razmišljao o tom mostu: "Ako
mogu prijeći s lijeve obale na desnu, možda bi mogao prijeći i s desne na lijevu."
Nadalje: "Ako struja, elektricitet, stvara magnetsko polje, magnetizam, možda bi i
magnetsko polje, magnetizam, mogao stvoriti struju, elektricitet.
Faraday je stavio magnet pored žice priključene s oba kraja na mjerilo struje,
dArsonvalov galvanometar, no kazaljka galvanometra nije se pokrenula. Nema struje u
žici. Znači li to da je njegova pretpostavka pogrešna? Ne, nikako. Intuicija je govorila
da mora postojati povratnost, reverzibilnost. I on je ispitivao, istraživao neumorno i
uporno ponovo i ponovo nebi li potvrdio ono u što je vjerovao.
Deset godina nosio je u džepu komad bakrene žice i magnet. U najneprikladnijim
trenucima i mjestima, ne misleći na okruženje, Faraday je manijakalno vadio svoju
igračku te stavljao žicu i magnet u međusobno različite položaje. Povremeno bi žicu
ponovo spajao na galvanometar no struji ni traga. Desetak godina sedmo čulo govorilo
je: "Na pravom si putu!"
Nevjerojatna upornost i strpljivost konačno bi i nagrađena. Usjeh je došao neočekivano
kako to ponekad biva. Faraday je priključio na izvor struje jednu zavojnicu, a
galvanometar priključen na drugu zavojnicu pokazao je prisustvo kratkotrajne struje.
Shvatio je: Struja se nemože
inducirati u drugoj zavojnici ako je ova zavojnica u mirnom, nepromjenljivom,
stacionarnom, magnetskom polju. Da bi se inducirala struja u žici, žica mora biti u
promjenljivom magnetskom polju. Otkriven je Zakon elektromagnetske indukcije.
Tako to biva u spoznavanju; uočavamo i sakupljamo činjenice a zatim uopćavamo.
Znanost, tehnologija i praksa pronašle su mnoge primjene magnetskog polja stvorenog
strujom i struje stvorene magnetskim poljem.
Vratimo se principima. Mjenjajući jakost magnetskog polja u kojem je žica, u žici se
stvara promjenljivo električno polje (sila) koje tjera naboj u kretanje, tijek. Tijek naboja
električna je struja.
Što se zbiva u prostoru ako nema žice a u njemu je promjenljivo je električno polje?
Ovo pitanje prvi je postavio i na njega odgovorio James Clerk Maxwell sustavno
uobličenim matematičkim jednadžbama: Teorijom elektromagnetskog polja.
Postoji li u prostoru promjenljivo električno polje tada ono stvara promjenljivo
magnetsko polje.
Pretpostavimo li imaginarnu žicu u prostoru, tom bi žicom tekla imaginarna struja.
Maxwell je ovu zamišljenu struju nazvao pomačna struja kako bi je razlikovao od
struje čestica, naboja u žici.
Znanost nije znala niti jednu pojavu postojanja polja bez konvencionalne struje u žici,
no sve poznate činjenice govorile su u prilog Maxwellove pretpostavke.
Realno gledajući, svi eksperimenti i instrumenti sadržavali su žicu i struju u njoj.
Dobro, mislio je Maxwell, naše mogućnosti trenutačno su ograničene i nemožemo
neposredno
osjetiti, detektirati, elektromagnetsko polje.
Tijek povijesti pokazao je opravdanost Maxwellovih slutnji. Sva otkrića u području
elektriciteta i magnetizma prije i poslije Maxwella pokazala su se samo kao posebni
slučajevi koji se poput slagalice uklopiše u njegove jednadžbe koje pak kao zrcala
odražavahu posebnost i zajedništvo ali i reverzibilnost dviju pojava.
Jedna jednadžba izražava ovisnost električnog polja o promjenama magnetskog polja
(tijeka, sila) a druga pokazuje ovisnost magnetskog polja o promjenama električnog
polja (tijeka, sila) u prostoru.
Da, bijaše moguće odvojiti polje od vodiča, ali električno od magnetskog polja u
jedinstvenom elektromagnetskom valu nemoguće je razdvojiti.
Mirnim rijekama elektriciteta i magnetizma uplovismo u uzburkano more
elektromagnetskih valova.
Iz Maxwellovih formula proizlazi da je brzina rasprostiranja elektromagnetskih valova
jednaka brzini svjetlosti. Putujući brzinom svjetlosti elektromagnetski val obleti Zemlju
gotovo osam puta u sekundi prema potrebi noseći obavjest.
Maxwellove zasluge svakako su velike no nesmijemo zaboraviti da je mnogo godina
prije njega genijalni Faraday predvidio postojanje tih čudotvornih valova.
Vratimo se na trenutak u godinu 1832. u kojoj Faraday dolazi do zaključka da se
pobude u prostoru glede elektriciteteta i magnetizma prenose na udaljenosti izvjesnim
oscilacijama, sličnim titrajima valovite površine vode ili kao što se zvuk prenosi
titrajima čestica zraka.
Među inim genijalnim idejama i pretpostavkama, ovu nije mogao provjeriti i dokazati
vlastitim rukama. Stoga o njoj ne govori glasno niti je iznosi pred Britansko kraljevsko
društvo, već ostavlja pismo i u oporuci traži da se pismo otvori nakon stotinu godina!
Godine 1938. pismo bi otvoreno i pročitano pred članovima Društva i ne samo da su
njegovi valovi bili teoretski dokazani, već i praktički što je Faraday posebno cijenio.
Naime, Hertz je već eksperimentirao u području telekomunikacija šaljući poruke
elektromagnetskim valovima kao nosiocima, brzinom svjetlosti.
Maxswell je pokazao da je brzina elektromagnetskih valova jednaka brzini svjetlosti.
Zar je to samo slučajna koincidencija? Budući elektromagnetski valovi putuju brzinom
svjetlosti, to bi moglo značiti da je svjetlost elektromagnetski val.
Tako je kao rezultat istraživanja veze elektriciteta i magnetizma sasvim slučajno
otkriveno nešto novo. Brojni učenjaci istraživahu odnose električnih i magnetskih polja
(sila) no tko bi mogao pomisliti da iste sile rađaju i svjetlost?
Maxwel je shvatio ovu jedinstvenost. Svjetlosni valovi iste su prirode kao i valovi oko
žice protjecane promjenljivom strujom. Međutim, razlikuju se u valnoj duljini, odnosno
drugim riječima, u frekvenciji. Valovi svjetla vrlo su kratki a dulji od njih u ono vrijeme
još ne bijahu otkriveni.
Nije se čekalo više od dvanaest godina a već je Heinrich Hertz odašiljao i primao
elektromagnetske valove potvrđujući ideje svoga slavnoga predhodnika.
Samo nekoliko desetljeća kasnije radiopostaje ispuniše prostor oko Zemlje ovim
valovima.
Znanje o svjetlosti kročilo je dugim i trnovitim putem prije nego li je bljesnulo punim
sjajem u Maxwellovoj ideji elektromagnetskih valova.
Od pamtivijeka ljudi poznavahu svjetlost.
Prvi pisani podatak znanstvenog i/ili stručnog simpozija o svjetlu, sponzoriranog i pod
pokroviteljstvom živoga boga faraona Amenofisa IV nosi nadnevak 14. stoljeće prije
rođenja Krista.
Odbacivši do tada postojeću teoriju da svjetlo zrače oči boga Amona, Amenofis IV
zaključuje da svjetlo šalje bog Aten te legalizira novo učenje i naređuje da se od tada
pa nadalje Aten slavi kao tvorac svjetla a svoje ime Amenofis u skladu s novim idejama
mijenja u Ehnaton (Ikhnaton) približnog značenja dobrodošao Atenu. Tijekom njegove
sedamnaestogodišnje vladavine umjetnici prvi puta u povijesti Egipta, a možda i
svijeta, počinju izrađivati kipove različitih likova prema stvarnim osobama a ne kao do
tada; istoobrazne koji se razlikovahu samo u imenu naručitelja.
Stari Grci drugačije razmišljahu. Čvrsta postavka bijaše da čovjek može vidjeti objekte
samo zbog svjetla te oni zaključiše da objekti zrače svjetlo. Ukratko: čestice svjetla
izlaze iz objekta i ulaze u oči. Obzirom na zavidno visoku razinu demokracije, Platon
je mogao objaviti u svojim poznatim "Dijalozima" da su bogovi od svih organa
stvorenih čovjeku prvo konstruirali oči koje nose svjetlo.
Amenofis reče da svjetlo postoji izvan čovjeka. Platon drži da je čovjek izvor svjetla i
da osjeća objekte zracima koje odašilju oči.
Svjetlost postaje jasnija tek u 11. stoljeću poslije Krista zahvaljujući arapskom
učenjaku Abu-Ali-Al-Hasan Ibu Al-Hajtamu, zbog praktičnih razloga od učenih
kršćana nazvanom Alhazen.
Alhazen smatra da vidimo svjetlost reflektiranu od objekata.
No još uvijek neznamo što je svjetlost.
Newton nam je ostavio teoriju svjetlosti u kojoj je revidirao ideje antičkih filozofa. On
je također vjerovao da se svjetlost sastoji od čestica, korpuskula, no njih ne zrače ni
objekti niti oči, već ih objekti reflektiraju.
Maxwell kasnije fascinira učeni svijet elektromagnetskom teorijom svjetla te svi koji
imalo drže do svoga znanstvenog ugleda ne vjeruju više u Newtonovu korpuskularnu
teoriju, već ukazuju na Newtonove suvremenike Huygensa i Fresnela koji se nisu s
njim slagali nego su tvrdili da je svjetlost valne, undulatorne, prirode. Gdje je istina?
Pod djelovanjem svjetla neki materijali otpuštaju, emitiraju, elektrone kao da su
bombardirani česticama. Maxwellovim valovima nije se mogla objasniti ova pojava.
Albert Einstain razmišlja o Newtonovoj korpuskularnoj teoriji i uvodi u razmatranja
česticu svjetla, foton.
Ugledavši se na vrsne kuhare koji od naizgled nespojivih sastojaka mogu pripremiti
izvrsno jelo, učeni znanstvenici smješahu Newtonove čestice s Huygensovim i
Fresnelovim valovima te začinivši ih Maxwellovim elektromagnetskim poljima i
Einsteinovim fotonima skuhaše jedinstvenu suvremenu teoriju svjetlosti.
Svjetlost se ponekad ponaša kao čestica a ponekad kao val, ovisno o načinu kojim
istražujemo njenu prirodu, te danas smatramo da je jedinstvene korpuskularno-
undulatorne prirode.
Svjetlost i elektronika iznjedriše optoelektroniku.
Nakon Maxwella znanost je krenula u traganje za njegovim nevidljivim valovima ne
samo zbog znatiželje, radoznalosti svojstvene čovjeku, već i vjerovanja da bi od njih
moglo biti i neke praktične koristi, no čak ni Heinrich Hertz koji ih je prvi otkrio i
proizveo nije vjerovao u njihovu uporabnu vrijednost. Što bi rekao da vidi današnji
svijet elektronike, telekomunikacija ,računala, informatike,...
Zaključak:
Iako je 1883. godina otkrićem Edisona godina utmeljenja elektroničkih cijevi, korijeni
elektronike sežu dublje u povijest znanstveno tehnoloških zbivanja. Nisu svrhovite
rasprave počinje li elektronika trljanjem jantara vunom, otkrićem elektrona, itd.,
međutim, izvjesno možemo reći da je elektronika, odnosno elektronička tehnologija
kakovu poznajemo danas, dijete dvadesetog stoljeća koje je iz puzećeg položaja stalo
na dvije čvrste nožice; prva je radio koji su neovisno jedan od drugoga 1896. godine
prikazali Marconi i Popov, a druga Forestov izum 1906.godine elektronička cijev -
trioda.