Elektrotehnika

Elekrotehnika je nauka, deo fizike koja se, zbog svoje obimnosti i široke primene, a takođe i zato što se u određenim delovima znatno više približila matematici, vremenom izdvojila iz nje i sada predstavlja zasebnu naučnu disciplinu, sa svojim poddisciplinama. Kao glavni predmet proučavanja elektrotehnike najlakše se može reći da je upitanju električna struja. Međutim to nije najsretnije rešenje jer ono što elektrotehnika proučava počiva na samom elektronu kao nasiocu naelektrisanja, pa preko mnogih definicija električnih struja, uključujući i onu da struju možemo posmatrati kao fluid, i to sve od dejstva naelektrisanja na atomskom nivou, preko makroskopskih struja pa sve do struja visokog napona kakve se koriste u elektroenergetici.

Električni dalekovod

Istorijat

Nikola Tesla

Prve naše spoznaje o elektricitetu potiču još iz antičkog doba. Već oko 600. godine pre naše ere grčki filozof Tales, iz Mileta, opisao je pojavu da ćilibar, protrljan vunom, privlači lake deliće materije. Od grčke reči „ηλεκτρον” (elektron), koja znači ćilibar, upravo i potiče reč elektricitet, koja služi za označavanje fizičkog agensa koji izaziva određeni skup pojava, a posebno, malopre pomenuto, privlačenje lakih tela.

Kasnije je ustanovljeno da se u stanje naelektrisanosti trenjem mogu dovesti i drugi materijali: razne vrste smole, tvrda guma, staklo, porcelan i drugo. Ovaj način naelektrisanja je, istorijski gledano, najstariji, ali nije i jedini.

Vilijam Gilbert, engleski lekar koji se inače smatra jednim do prvih inžinjera elektrotehnike, proučavao je naelektrisavanje trenjem i na osnovu svojih zapažanja sve materijale je podelio u dve grupe:

1. elektrici - supstance koje je bio u stanju da naelektriše, kao što su staklo, ćilibar, svila itd.,
2. neelektrici - supstance koje nije bio u stanju da naelektriše.

Jedan vek kasnije Dju Fej je pokazao da razlika između ove dve grupe materijala nije u njihovoj sposobnosti da budu naelektrisani, već u sposobnosti da naelektrisanost zadrže na mestu gde je nastala. Danas ove dve grupe nazivamo izolatorima i provodnicima, a osnovu za ovakvu podelu čini sposobnost ovih materijala da provode elektricitet. S obzirom na ovu sposobnost danas sve materijale delimo na izolatore (dielektrike), poluprovodnike i provodnike. Pri tome treba imati u vidu da u prirodi ne postoje supstance koje su idealni izolatori, jer sve one, makar i u zanemarljivoj meri, provode elektricitet. Takođe treba istaći da je Bendžamin Frenklin, prvi upotrebio oznake (+) i (-) kao oznake tipa naelektrisanja.

Alesandro Volta je 1775. godine izumeo je elektroforus, napravu koja je proizvodila statični električni naboj. Godine 1800. Volta je razvio preteču današnje baterije.

Devetnaesti vek je bio vek najvećih otkrića na polju elektrotehnike. Tako je 1827. godine Georg Om ustanovio vezu između električne struje i razlike potencijala, tj. napona u provodniku. Među najvećim doprinosima dali su Majkl Faradej koji je otkrio elektromagnetnu indukciju 1831. godine i Džejms Maksvel koji je 1873. godine objavio svoje delo Electricity and Magnetism (Elektricitet i magnetizam).

Krajem veka dolazi do ubrzanog razvoja i primene elektrotehnike. Godine 1882. Tomas Alva Edison uspostavlja mrežu za 59 potrošača na Menhetnu, koja je bila nominalnog napona od 110 V i bila je u pitanju jednosmerna struja. Ser Čarls Parsons 1884. godine pronalazi parnu turbinu koja je i danas u upotrebi i koja proizvodi oko 80% električne energije u svetu. Nikola Tesla, 1887. godine, prijavljuje mnoštvo patenata kako bi omogućio korišćenje naizmenične struje. Zbog ovog upada u takozvani „Rat struja” sa Edisonom koji je bio zagovornik jednosmerne struje. Osnovna razlika između dve struje je u tome što naizmenična struja može se distribuirati na daleko većim razdaljinama uz dosta manje gubitke. Takođe Edisonova jednosmerna struja je bila veoma ograničenih mogućnosti i zahtevala je prečesto postavljanje stanica, čime je bila i znatno skuplja. Jedina mana naizmenične struje je bila u znatno težem matematičkom proračunu koji je bio potreban za njeno razumevanje. Tesla je, da bi rešio ovaj problem upotrebio je fazore i kompleksne jednačine naizmenične struje čime je dosta pojednostavio i olakšao upotrebu naizmenične struje. Takođe jedan od bitnih razloga zašto je pobedila naizmenična, Teslina, struja je u tome što za istu količinu električne energije bio je potreban znatno tanji kabl negoli kod jednosmerne.

Uporedo sa gorenavedenim razvijali su se i drugi delovi elektrotehnike. Tako je 1888. godine Hajnrih Herc otkrio radio-talase. Tesla je 1895. godine uspešno poslao i primio signal poslat iz njegove Njujorške laboratorije do Vest Pointa prešavši pritom razdaljinu od 80,4 km. Karl Ferdinand Braun otkrio je 1879. godine katodnu cev kao deo osciloskopa, a koja je kasnije omogućila razvoj televizije. Džon Fleming je 1904. godine pronašao diodu, koja je kasnije omogućila ogroman razvoj elektronike, inače pre dioda bila je poznata fizika poluprovodnika, deo elektrotehnike iz koje se kasnije rodila elektronika. Dve godine kasnije pronađena je i trioda, a 1947. godine došlo je do pronalaska bipolarnog tranzistora koji je samo unapredio i ubrzao razvoj elektronike. Jedan od najznačajnijih pronalazaka, a koji su u sferi telekomunikacija, je svakako pronalazak Pupinovog kalem 1896. godine koji je omogućio slanje telefonskog signala na velike razdaljine. Takođe jedan od najznačajnijih naučnika 19. veka je i engleski matematičar Džordž Bul koji je otkrio Bulovu algebru koja je našla široku primenu u elektrotehnici, bez nje se danas ne može zamisliti ni jedan savremeni uređaj koji u sebi ima bilo kakav procesor, pa se zbog toga je danas neki više smatraju delom elektrotehnike nego matematike, pa bi najbolje bilo reći da je u pitanju primenjena matematika u elektrotehnici.

Stara podela

Podela elektrotehnike na oblast jake struje i oblast slabe struje, je, može se reći, tradicionalna među starijim generacijama i ljudima koji nisu iz struke, ali danas skoro van upotrebe i skoro da se može smatrati netačnom jer se na taj način izdvaja samo jedna smer elektrotehnike, energetika, sa jedne strane dok svi drugi potpadaju pod drugu oblast, slabe struje.

Jaka struja

Glavni članak: Elektroenergetika

Grana jake struje obuhvata proizvodnju, prenos i distribuciju električne energije za potrebe mehaničkog pogona svih vrsta, električne rasvete, grejanja i hemijskih reakcija.

Slaba struja

Štampana pločica

Grana elektrotehnike vezana za slabe struje, poznata još kao telekomunikaciona tehnika, obuhvata upotrebu električnih i radio-tehničkih pojava u svrhu prenosa informacija i podataka na daljinu. Prenositi se mogu simbolički znakovi, govor i muzika, slika i rukopis, optički utisci prostora pri određivanju mesta pokretnih i nepokretnih objekata, a koristi se i pri daljinskom upravljanju. Pod slabim strujama se podrazumevaju struje intenziteta do jednog ampera.

Nova podela

Elektrotehniku možemo podeliti na sledeće celine:

• energetika koja se se bavi proizvodnjom i prenosom električne energije sa jedne lokacije na drugu i najstarija je elektrotehnička specijalnost. Ona se dalje deli na:
  • elektroenergetske sisteme - koji se bave izvorima energije, generisanju električne energije, prenosu električne energije, transformaciji i distribuciji iste.
  • energetski pretvarači i pogoni - koji se bavi osnovnim procesima konverzije energije i upoznaje ih sa problemima računarskog upravljanja energetskim i proizvodnim procesima. Uz elektromehaničku konverziju, proučavaju se energetski pretvarači, kao i konverzija u toplotu i svetlost.
• elektronika se bavi proučavanjem i konstrukcijom elektronskih elemenata kojima se kontroliše tok struje i povezivanjem takvih elemenata u složena kola koja obavljaju željenu funkciju. Deli se na:
  • anolognu
  • digitalnu
• fizička elektronika proučava fizička svojstva i principa rada pasivnih i aktivnih elektronskih komponenti i njihovu primenu
• telekomunikacije ili komunikacije a se bavi prenosom informacija sa jednog mesta na drugo
• automatika se bavi modelovanjem kompleksnih sistema matematičkim modelima radi njihovog opisivanja, predviđanja ponašanja i upravljanja
• računarska tehnika se bavi razvojem i projektovanjem računarskog hardvera i softvera, koji kontroliše njegov rad.

Razvitak i upotreba

U prvoj polovini 19. veka postignuti su značajni uspesi u razvitku elektrotehnike. Posle pronalaska Voltinog električnog stupa kao električnog izvora, pronađeni su galvanski elementi, a 1830. godine se stvara teoretska osnova generatora jednosmerne struje, što je ujedno i najavilo novu eru u razvitku elektrotehnike - uvođenje električnih mašina za proizvodnju struje. Uspešni ogledi sa Morzeov elektromagnetskim telegrafom dovode 1840. godine do stvaranja prvog električnog uređaja za prenos poruka. Novi izvor električne energije - akumulator, koji omogućava da se ova energija sačuva kao zaliha za kasniju upotrebu, doprineo je daljem razvitku elektrotehnike. Pronalazak telefona 1876. godine omogućio je brz razvitak elektrotehnike na području prenosa poruka i sporazumijevanja na daljinu. Primenom trofazne struje, usavršavanjem električnih generatora, transformatora, indukcionog motora, elektrana i prenosnih mreaža, te raspodele električne energije pri kraju 19. veka, počinje masovna upotreba elektrotehnike u području osvetljenja, koje ubrzo svoje mesto pronalazi u industriji, a postupno i u saobraćaju kao sredstvo za vuču. U to vreme, dok su telegraf i telefon bili još u toku razvoja, pronalaskom i upotrebom uređaja za bežični prenos poruka - radija, otvara se novo polje upotrebe elektrotehnike - telekomunikacija.

U prvoj polovini 20.veka elektrotehnika je zahvatila sve grane ljudske delatnosti, industriju, poljoprivredu, zanatstvo, domaćinstvo, medicinu itd. Veliki uticaj u razvitku elektrotehnike je imala vojna industrija, koja je, naročito u vreme Prvog i Drugog svetskog rata, poticala elektroindustriju na nove pronalaske. Moderna elektrotehnika se toliko unapredila, da se tehnika slabe struje sve više osamostaljivala i granala u posebne tehnike kao što su npr. telegrafsko-telefonska, radio, elektronska, radarska, televizijska, infracrvena, računarska itd.

Vidi još

• Fizika

Literatura

• Abramson, Albert (1955). Electronic Motion Pictures: A History of the Television Camera. University of California Press. 
• Bayoumi, Magdy A.; Swartzlander, Jr., Earl E. (31. 10. 1994). VLSI Signal Processing Technology. Springer. ISBN 978-0-7923-9490-7. 
• Bhushan, Bharat (1997). Micro/Nanotribology and Its Applications. Springer. ISBN 978-0-7923-4386-8. 
• Bissell, Chris (25. 7. 1996). Control Engineering, 2nd Edition. CRC Press. ISBN 978-0-412-57710-9. 
• Chandrasekhar, Thomas (1. 12. 2006). Analog Communication (Jntu). Tata McGraw-Hill Education. ISBN 978-0-07-064770-1. 
• Chaturvedi, Pradeep (1997). Sustainable Energy Supply in Asia: Proceedings of the International Conference, Asia Energy Vision 2020, Organised by the Indian Member Committee, World Energy Council Under the Institution of Engineers (India), During November 15–17, 1996 at New Delhi. Concept Publishing Company. ISBN 978-81-7022-631-4. 
• Dodds, Christopher; Kumar, Chandra; Veering, Bernadette (mart 2014). Oxford Textbook of Anaesthesia for the Elderly Patient. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-960499-9. 
• Fairman, Frederick Walker (11. 6. 1998). Linear Control Theory: The State Space Approach. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-97489-5. 
• Fredlund, D. G.; Rahardjo, H.; Fredlund, M. D. (30. 7. 2012). Unsaturated Soil Mechanics in Engineering Practice. Wiley. ISBN 978-1-118-28050-8. 
• Grant, Malcolm Alister; Bixley, Paul F (1. 4. 2011). Geothermal Reservoir Engineering. Academic Press. ISBN 978-0-12-383881-0. 
• Grigsby, Leonard L. (16. 5. 2012). Electric Power Generation, Transmission, and Distribution, Third Edition. CRC Press. ISBN 978-1-4398-5628-4. 
• Heertje, Arnold; Perlman, Mark (1990). Evolving technology and market structure: studies in Schumpeterian economics. University of Michigan Press. ISBN 978-0-472-10192-4. 
• Huurdeman, Anton A. (31. 7. 2003). The Worldwide History of Telecommunications. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-20505-0. 
• Iga, Kenichi; Kokubun, Yasuo (12. 12. 2010). Encyclopedic Handbook of Integrated Optics. CRC Press. ISBN 978-1-4200-2781-5. 
• Jalote, Pankaj (31. 1. 2006). An Integrated Approach to Software Engineering. Springer. ISBN 978-0-387-28132-2. 
• Khanna, Vinod Kumar (1. 1. 2009). Digital Signal Processing. S. Chand. ISBN 978-81-219-3095-6. 
• Lambourne, Robert J. A. (1. 6. 2010). Relativity, Gravitation and Cosmology. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-13138-4. 
• Leitgeb, Norbert (6. 5. 2010). Safety of Electromedical Devices: Law – Risks – Opportunities. Springer. ISBN 978-3-211-99683-6. 
• Leondes, Cornelius T. (8. 8. 2000). Energy and Power Systems. CRC Press. ISBN 978-90-5699-677-2. 
• Mahalik, Nitaigour Premchand (2003). Mechatronics: Principles, Concepts and Applications. Tata McGraw-Hill Education. ISBN 978-0-07-048374-3. 
• Maluf, Nadim; Williams, Kirt (1. 1. 2004). Introduction to Microelectromechanical Systems Engineering. Artech House. ISBN 978-1-58053-591-5. 
• Manolakis, Dimitris G.; Ingle, Vinay K. (21. 11. 2011). Applied Digital Signal Processing: Theory and Practice. Cambridge University Press. ISBN 978-1-139-49573-8. 
• Martini, L., "BSCCO-2233 multilayered conductors", in Superconducting Materials for High Energy Colliders, pp. 173–181, World Scientific, 2001 ISBN 981-02-4319-7.
• Martinsen, Orjan G.; Grimnes, Sverre (29. 8. 2011). Bioimpedance and Bioelectricity Basics. Academic Press. ISBN 978-0-08-056880-5. 
• McDavid, Richard A.; Echaore-McDavid, Susan (1. 1. 2009). Career Opportunities in Engineering. Infobase Publishing. ISBN 978-1-4381-1070-7. 
• Merhari, Lhadi (3. 3. 2009). Hybrid Nanocomposites for Nanotechnology: Electronic, Optical, Magnetic and Biomedical Applications. Springer. ISBN 978-0-387-30428-1. 
• Mook, William Moyer (2008). The Mechanical Response of Common Nanoscale Contact Geometries. ProQuest. ISBN 978-0-549-46812-7. 
• Naidu, S. M.; Kamaraju, V. (2009). High Voltage Engineering. Tata McGraw-Hill Education. ISBN 978-0-07-066928-4. 
• Obaidat, Mohammad S.; Denko, Mieso; Woungang, Isaac (9. 6. 2011). Pervasive Computing and Networking. John Wiley & Sons. ISBN 978-1-119-97043-9. 
• Rosenberg, Chaim M. (2008). America at the Fair: Chicago's 1893 World's Columbian Exposition. Arcadia Publishing. ISBN 978-0-7385-2521-1. 
• Schmidt, Rüdiger, "The LHC accelerator and its challenges", in Kramer M.; Soler, F.J.P. (eds), Large Hadron Collider Phenomenology, pp. 217–250, CRC Press, 2004 ISBN 0-7503-0986-5.
• Severs, Jeffrey; Leise, Christopher (24. 2. 2011). Pynchon's Against the Day: A Corrupted Pilgrim's Guide. Lexington Books. ISBN 978-1-61149-065-7. 
• Shetty, Devdas; Kolk, Richard (14. 9. 2010). Mechatronics System Design, SI Version. Cengage Learning. ISBN 978-1-133-16949-9. 
• Smith, Brian W. (januar 2007). Communication Structures. Thomas Telford. ISBN 978-0-7277-3400-6. 
• Sullivan, Dennis M. (24. 1. 2012). Quantum Mechanics for Electrical Engineers. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-87409-7. 
• Taylor, Allan (2008). Energy Industry. Infobase Publishing. ISBN 978-1-4381-1069-1. 
• Thompson, Marc (12. 6. 2006). Intuitive Analog Circuit Design. Newnes. ISBN 978-0-08-047875-3. 
• Tobin, Paul (1. 1. 2007). PSpice for Digital Communications Engineering. Morgan & Claypool Publishers. ISBN 978-1-59829-162-9. 
• Tunbridge, Paul (1992). Lord Kelvin, His Influence on Electrical Measurements and Units. IET. ISBN 978-0-86341-237-0. 
• Tuzlukov, Vyacheslav (12. 12. 2010). Signal Processing Noise. CRC Press. ISBN 978-1-4200-4111-8. 
• Walker, Denise (2007). Metals and Non-metals. Evans Brothers. ISBN 978-0-237-53003-7. 
• Wildes, Karl L.; Lindgren, Nilo A. (1. 1. 1985). A Century of Electrical Engineering and Computer Science at MIT, 1882–1982. MIT Press. ISBN 978-0-262-23119-0. 
• Zhang, Yan; Hu, Honglin; Luo, Jijun (27. 6. 2007). Distributed Antenna Systems: Open Architecture for Future Wireless Communications. CRC Press. ISBN 978-1-4200-4289-4. 
• Adhami, Reza; Meenen, Peter M.; Hite, Denis (2007). Fundamental Concepts in Electrical and Computer Engineering with Practical Design Problems. Universal-Publishers. ISBN 978-1-58112-971-7. 
• Bober, William; Stevens, Andrew (27. 8. 2012). Numerical and Analytical Methods with MATLAB for Electrical Engineers. CRC Press. ISBN 978-1-4398-5429-7. 
• Bobrow, Leonard S. (1996). Fundamentals of Electrical Engineering. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-510509-4. 
• Chen, Wai Kai (16. 11. 2004). The Electrical Engineering Handbook. Academic Press. ISBN 978-0-08-047748-0. 
• Ciuprina, G.; Ioan, D. (30. 5. 2007). Scientific Computing in Electrical Engineering. Springer. ISBN 978-3-540-71980-9. 
• Faria, J. A. Brandao (15. 9. 2008). Electromagnetic Foundations of Electrical Engineering. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-69748-1. 
• Jones, Lincoln D. (jul 2004). Electrical Engineering: Problems and Solutions. Dearborn Trade Publishing. ISBN 978-1-4195-2131-7. 
• Karalis, Edward (18. 9. 2003). 350 Solved Electrical Engineering Problems. Dearborn Trade Publishing. ISBN 978-0-7931-8511-5. 
• Krawczyk, Andrzej; Wiak, S. (1. 1. 2002). Electromagnetic Fields in Electrical Engineering. IOS Press. ISBN 978-1-58603-232-6. 
• Laplante, Phillip A. (31. 12. 1999). Comprehensive Dictionary of Electrical Engineering. Springer. ISBN 978-3-540-64835-2. 
• Leon-Garcia, Alberto (2008). Probability, Statistics, and Random Processes for Electrical Engineering. Prentice Hall. ISBN 978-0-13-147122-1. 
• Malaric, Roman (2011). Instrumentation and Measurement in Electrical Engineering. Universal-Publishers. ISBN 978-1-61233-500-1. 
• Sahay, Kuldeep; Sahay, Shivendra Pathak, Kuldeep (1. 1. 2006). Basic Concepts of Electrical Engineering. New Age International. ISBN 978-81-224-1836-1. 
• Srinivas, Kn (1. 1. 2007). Basic Electrical Engineering. I. K. International Pvt Ltd. ISBN 978-81-89866-34-1. 

Spoljašnje veze

• International Electrotechnical Commission (IEC)
• MIT OpenCourseWare Архивирано на сајту Wayback Machine (26. јануар 2008) in-depth look at Electrical Engineering – online courses with video lectures.
• IEEE Global History Network A wiki-based site with many resources about the history of IEEE, its members, their professions and electrical and informational technologies and sciences.