elektrotehnika

elektrotehnika (elektro- + tehnika), tehnička znanost koja proučava proučava proizvodnju, prijenos i uporabu električne energije. Grane su elektrotehnike: elektroenergetika, elektrostrojarstvo, elektronika, radiokomunikacije, telekomunikacije i tehnička informatika.

Elektroenergetika se bavi proizvodnjom, prijenosom, pretvorbom i distribucijom električne energije; elektrostrojarstvo obuhvaća proizvodnju i primjenu električnih strojeva (električnih generatora, električnih motora, učinskih pretvarača, transformatora, sklopnih aparata i drugih električnih aparata i uređaja).

Elektronika se bavi razvojem i proizvodnjom poluvodičkih elektroničkih elemenata, sklopova i uređaja koji čine osnovu telekomunikacija, računalne tehnike, uređaja za upravljanje, automatizaciju itd.

Radiokomunikacije, telekomunikacije i tehnička informatika obuhvaćaju sva područja koja se bave primanjem, predajom, prijenosom, obradbom, pohranjivanjem i pretvorbom informacija uz pomoć elektroničkih uređaja.

Elektromagnetizam je suvremena znanstvena osnova elektrotehnike, može se najjednostavnije podijeliti na elektrostatiku, magnetostatiku i elektrodinamiku.

Povijest elektrotehnike

Već je Tales iz Mileta 600 god. pr. Kr. znao da natrljani jantar (grč. ḗlektron) privlači laka tijela. Mnogo kasnije, 1600. god., William Gilbert utvrdio je da se kao jantar ponašaju staklo i neke druge tvari i predložio da se kao osnova naziva tih pojava uzme grčka riječ ḗlektron. Znanstveni začetci elektromagnetizma javljaju se u XVIII. st. Prvu teoriju koja je tumačila električne naboje objavio je Benjamin Franklin obznanio je 1747. Uveo je pojmove pozitivnog i negativnog električnog naboja te utvrdio da se oni pojavljuju istodobno i u jednakim količinama. Na osnovi toga uveo je načelo održanja količine naboja.

Elektrostatika se temelji na samo jednom eksperimentalno utvrđenom zakonu, Coulombovu zakonu.

Magnetostatika se do kraja XVIII. st. razvijala usporedno s elektrostatikom, Charles Augustin de Coulomb je ustvrdio da se sile među polovima magneta mogu računati analogno kao među tijelima nabijenim električnim nabojem. Prava narav magnetizma istražena je, međutim, tek na početku XIX. st., kada je cijelim nizom otkrića utvrđena povezanost između električnih i magnetskih pojava. Niz istraživača: Hans Christian Ørsted, André Marie Ampère, Jean-Baptiste Biot i Félix Savart utvrdili su mjerenjem da električne struje međusobno djeluju magnetskim silama. Njihova su istraživanja 1820. rezultirala izrazom za indukciju magnetskoga polja proizvedenog električnom strujom, koji se naziva Biot-Savartov zakon. Taj se zakon često uzima kao postulat na kojem se zasniva cijela magnetostatika. Ampèreova istraživanja i rezultati do kojih je došao vrlo su bitni za nastavak razvoja teorije elektromagnetizma. Ampère je razlikovao pojave električnoga naboja u mirovanju od pojava nastalih zbog gibanja električnoga naboja i svrstao prve u elektrostatiku, a druge u elektrodinamiku.

Bitno je razvoju teorije elektromagnetizma pridonio Michael Faraday otkrićem elektromagnetske indukcije. Kako je Oersted pokazao da električno polje može proizvesti magnetske učinke, Faraday je 1831., šest godina nakon prvoga pokušaja, dokazao da magnetsko polje proizvodi električno polje (Faradayev zakon elektromagnetske indukcije).

Pošto je 1800. Alessandro Volta izumio prvi električni članak, Georg Simon Ohm je 1826. ustvrdio da je jakost električne struje u žici koja ne sadrži nikakve razmjerna razlici električnih potencijala na njezinim krajevima što je kasnije nazvano Ohmovim zakonom. Gustav Robert Kirchhoff je 1847. izveo dva zakona. Prvi Kirchhoffov zakon postulira kontinuitet električne struje, a drugi Kirchhoffov zakon utvrđuje odnose između električnih struja i napona u granama električnih mreža. Ishodište suvremene teorije elektromagnetizma bila je spoznaja da se elektromagnetske sile mogu objasniti međudjelovanjem električnog naboja i polja. James Clerk Maxwell je na osnovi Faradayevih ideja, polazeći od empirijski utvrđenih temeljnih zakona o elektricitetu i magnetizmu i primjenjujući matematičke postupke koje je razvio Joseph Louis de Lagrange, definirao oko 1864. opću matematičku teoriju elektromagnetizma.

Prinos razvoju teorije elektromagnetizma, uz nastojanje da se obuhvate i relativistički efekti, dali su Hendrik Antoon Lorentz, Hermann Minkowski i Arnold Sommerfeld. Svojstva brzo promjenljivih elektromagnetskih polja, tj. elektromagnetskih valova, u odnosu na njihovu interakciju s tvarima, bitno ovise o frekvenciji valova. Opisi međudjelovanja zračenja i tvari zahtijevali su kvantnu modifikaciju teorije elektromagnetizma.

Smatra se da razvoj elektronike započinje 1883., kada je Thomas Alva Edison demonstrirao otkriće o prolasku električne struje između metalne elektrode (anode) i zagrijane niti (katode) u vakuumskoj cijevi. Godine 1904. John Ambrose Fleming konstruirao je diodu, prvu elektronsku cijev, a 1906. Lee De Forest dodao je treću elektrodu i načinio prvo pojačalo – triodu. Heinrich Rudolf Hertz proizveo je 1887. elektromagnetske valove u laboratoriju. Na tom području djelovali su i Nikola Tesla i Aleksandr Stepanovič Popov.

Iako je njemački izumitelj Paul Nipkow (1860–1940) već 1884. započeo istraživanja televizijskoga prijenosa, kao početak komercijalne televizijske ere uzima se 1929., kada je ostvaren simultani prijenos slike i zvuka s pomoću elektromagnetskih valova. Kompanija NBC instalirala je 1932. prvu komercijalnu televizijsku antenu na vrhu Empire State Buildinga u New Yorku, a 1960. postala je popularna televizija u boji.

Godine 1946. u Philadelphiji na Sveučilištu Pennsylvania prikazano je prvo elektroničko računalo eniac. Sadržavalo je 18 000 elektronskih cijevi, bilo je mase 30 t. Tek s pojavom poluvodičkih integriranih sklopova događaju se ogromne promjene u volumenu, brzini i kapacitetu računala.

Godine 1947. William Bradford Shockley, John Bardeen i Walter Houser Brattain prikazali su prvi poluvodički tranzistor u tvrtki Bell Telephone Laboratories. Poluvodička tehnologija pružala je mogućnost minijaturizacije, a imala je i niz drugih prednosti, pa je započeo brz razvoj elektronike i elektrotehnike. Već 1958. razvijen je prvi integrirani sklop, a 1961. proizveden je prvi komercijalni integrirani sklop.

Supravodljivost je 1911. otkrio Heike Kamerlingh–Onnes a primjena supravodiča, supravodljivih magneta i elektromotora razvija se cijelo stoljeće.

Elektrotehnika u Hrvatskoj

U Hrvatskoj su važni događaji bili izgradnja telegrafske linije između Zidanoga Mosta i Zagreba, otvaranje telegrafske postaje u Zagrebu 1850. i postavljanje prvoga telefona u Zagrebu 1881. Prve žarulje opisuje 1880. Bogoslav Šulek, a Franjo Hanaman dobiva svjetski patent za žarulje s volframovom niti. U kazalištima u Rijeci (1890) i Zagrebu (1895) uvedena je električna rasvjeta. Prva hidroelektrana u Hrvatskoj, izgrađena 1894. na Mrežnici, opskrbljivala je električnom energijom tekstilnu tvornicu u Dugoj Resi, a 1895. započela je s radom hidroelektrana na Krki, iz koje je, preko izgrađenoga dalekovoda i razdjelne mreže, Šibenik dobio električnu energiju za rasvjetu. Bio je to u ono doba izniman tehnički pothvat. Javna električna rasvjeta ukopčana je u Zagrebu 1907. Električnu energiju proizvodila je tadašnja Gradska električna centrala tj. Gradska munjara. Bila je to termoelektrana s pogonskim parnim strojevima, s trofaznim generatorom izmjenične struje i s generatorom istosmjerne struje za opskrbu električnih tramvaja.

Razvoj elektrotehnike pratilo je zanimanje naših znanstvenika za teoriju elektromagnetizma. Tako je Ferdinand Kovačević 1892. objavio prvu stručnu knjigu iz područja elektrotehnike na hrvatskom jeziku Elektromagnetični brzojav – osobitim obzirom na poštansko-brzojavne otpravnike. Tako je već 1900. Ladislav Stjepanek objavio opsežnu raspravu Maxwellova teorija o elektricitetu. Od 1927. do 1929. Josip Lončar objavio je knjigu Konstrukcija radiostanica za primanje, zatim 1937. knjigu O savremenoj televiziji, 1939. Uvod u električna mjerenja, a 1940. počeo je s objavljivanjem temeljnoga djela Osnovi elektrotehnike.

U Zagrebu su počeli izlaziti časopisi Radio-šport (1924), Elektrotehničar (1948), Elektrotehnika (1958), Automatika (1963).

Razvoj elektrotehnike, elektronike i računarstva u Hrvatskoj utjecao je na razvoj industrije. Hrvatska ima razvijenu elektrostrojarsku i elektroničku industriju, organiziranu elektroprivredu i snažne telekomunikacije. Već je 1919. Hanaman osnovao u Zagrebu tvornicu motora, koja je nastavila rad kao Siemensova tvornica elektromotora. Danas je to snažna elektroindustrijska tvrtka, poznata u cijeloj Europi pod nazivom Končar – Elektroindustrija. Godine 1948. osniva poduzeće Radioindustrija (poslije RIZ), 1949. Tvornica električnih žarulja (TEŽ) i Tvornica »Nikola Tesla« (poslije elektronička tvrtka Ericsson Nikola Tesla d. d.), zatim Tvornica računskih strojeva (TRS) te druga poduzeća i instituti.

Radioklub – Zagreb osnovan je 1924. Prva radiopostaja u jugoistočnoj Europi počela je emitirati program 1926. u Zagrebu, a 1935/36. izgrađen je novi radioodašiljač veće snage. Prva ručna telefonska centrala u Zagrebu postavljena je 1886., automatska telefonska centrala za 5000 pretplatnika 1928., a 1981. ušla je u promet u Zagrebu prva elektronička telefonska centrala. U svibnju 1956. započelo je emitiranje televizijskoga programa u Zagrebu.

Nastava elektrotehnike u Hrvatskoj

Tehnička visoka škola u Zagrebu osnovana je 1919. Na Elektroinženjerskom odjelu prvi su se put 1921/22. predavali elektrotehnički predmeti, a predavači su bili Josip Lončar, Raimund Fantoni, Edgar Montina i Robert Tijanić. Odjel su tvorili Zavod za elektrotehniku (poslije Zavod za elektrostrojarstvo) i Laboratorij za električna mjerenja (poslije Zavod za osnove elektrotehnike i električka mjerenja). Tehnička visoka škola ušla je 1926. u sastav Sveučilišta u Zagrebu kao Tehnički fakultet.

Podjelom Tehničkoga fakulteta 1956. osnovan je Elektrotehnički fakultet Sveučilišta u Zagrebu, a Anton Dolenc postao je prvi dekan. Studij je, prema tadašnjoj podjeli, obuhvaćao smjerove jake i slabe struje. Fakultet je 1995., u skladu sa svoja dva studija, promijenio ime u Fakultet elektrotehnike i računarstva. Smjerovi su studija elektrotehnike: elektroenergetika, elektrostrojarstvo i automatizacija, industrijska elektronika, telekomunikacije te informatika, automatizacija, radiokomunikacije i profesionalna elektronika. Studiji elektrotehnike osnovani su i u Splitu 1960., u Osijeku 1992. te u Rijeci 1999. godine.

elektrotehnika. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 6.12.2019. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=17676>.