Sähkön ja elektroniikan historia

Ennen 1800-lukua

Staattinen sähkö, hankaussähkö, tunnettiin jo vanhalla ajalla. Sen mainitsi jo Thales. Tiedettiin, että varsinkin meripihka saa hangattaessa kyvyn vetää puoleensa lähellä olevia kevyitä esineitä ja saattaa lisäksi kipinöidä. Useissa nykyisissäkin kielissä sähköä tarkoittavat sanat johtuvat kreikan meripihkaa tarkoittavasta sanasta ελεκτρον, elektron.
William Gilbert totesi 1500-luvulla, että meripihkan lisäksi monet muutkin aineet kuten lasi, timantti ja eräät muut jalokivet, kovettuneet hartsit, rikki ja sinettilakka saivat hangattaessa samanlaisen vetovoiman. Hän nimitti tällaisia aineita meripihkamaisiksi eli elektrisiksi. Sitä vastoin metallit eivät tulleet hangattaessa sähköisiksi, ei myöskään marmori eikä smaragdi. Tällaisia aineita hän nimitti epäelektrisiksi. Myöhemmin Stephen Gray totesi, että nämä epäelektriset aineet johtavat sähköä eli niiden välityksellä sähkövaraus voitiin siirtää paikasta toiseen.
Sähköoppi alkoi tieteenhaarana kuitenkin kehittyä vasta 1700-luvulla. Silloin Charles François Dufay havaitsi, että on olemassa kaksi vastakkaista sähköistä tilaa, joita alkujaan nimitettiin lasi- ja hartsisähköksi, kunnes Benjamin Franklin otti käyttöön termit positiivinen ja negatiivinen sähkö. Havaittiin, että samanmerkkiset sähköt hylkivät toisiaan, erimerkkiset vetävät toisiaan puoleensa.
Vuonna 1784 Charles Augustin de Coulomb todensi nimeään kantavan lain, jonka mukaan varausten välillä voima on suoraan verrannollinen niiden tuloon ja kääntäen verrannollinen niiden etäisyyden neliöön. Sähköopin huomattavimpiin tutkijoihin kuului myös Benjamin Franklin, joka muun muassa todisti salaman olevan sähköpurkaus.
Havainnot antoivat aihetta erilaisiin, keskenään ristiriitaisiin teorioihin sähkön luonteesta. Robert Symmer esitti dualistisen teorian, jonka mukaan oli olemassa kaksi sähköainetta, jotka voivat virrata kappaleesta toiseen. Sähköttömässä kappaleessa oletettiin olevan molempia yhtä paljon, varautuneessa jompaakumpaa toista enemmän.
Sähköopin huomattavimpiin tutkijoihin kuulunut Benjamin Franklin taas esitti vähän myöhemmin unitaarisen teorian, jonka mukaan oli vain yksi sähköaine, joka vastasi toista Symmerin teorian sähköaineista. Teorian mukaan varautumattomassa kappaleessa oli tätä ainetta tiettynä, tavallaan normaalina pitoisuutena, mutta kappaleen sähköainepitoisuus oli sitä suurempi tai pienempi, ilmenee erotus positiivisena tai negatiivisena sähkövarauksena. Kysymystä siitä, kumpi teoria on oikea, pidettiin ratkaisemattomana elektronin löytymiseen saakka 1800-luvun lopulle.

Sähköteknisiä havaintoja 1800-luvulla

Vuonna 1800 Alessandro Volta keksi sähköparin, ensimmäisen laitteen, jolla voitiin tuottaa jatkuvaa sähkövirtaa. Pian sen jälkeen keksittiin myös käänteinen ilmiö, elektrolyysi, jossa sähkövirta saa eräissä aineissa aikaan kemiallisia muutoksia. Gaston Planté keksi vuonna 1859 ladattavan lyijyakun.
Vuonna 1820 Hans Christian Ørsted havaitsi, että sähkö­virta sai lähellä olevan kompassin neulan kääntymään. Tämä osoitti, että sähköllä ja magnetismilla on läheinen yhteys, ja tästä alkoikin sähkömagnetismin tutkimuksen nopea kehitys. Jo samana vuonna André-Marie Ampère julkaisi sähkö­virran aiheuttamaa magneettikenttää koskevat lait. Myöhemmin Michael Faraday keksi sähkö­magneettisen induktion eli osoitti, että magneetti­kentän avulla voidaan myös saada aikaan sähkö­virtaa. Tähän ilmiöön perustuukin koko nykyinen sähköenergian tuotanto.
1800-luvun aikana sähkön luonnetta opittiin ymmärtämään monipuolisesti ja luotiin sähköisiin ilmiöihin liittyen jo laajasti sähkömagneettinen teoria. Vuosisadan aikana kehitettiin toimivalle tasolla muun muassa sellaisia sähköisiä laitteita kuin generaattori, sähkömoottori, sähkövalaistus, sähkölennätin ja puhelin.

Sähkötekniikan keksijöitä ja keksintöjä 1800-luvulla

1800-luvulla sähkötekniikan kehittäminen oli vielä monen keksijän varsin henkilökohtaisten saavutusten varassa. Michael Faraday keksi 1821 ensimmäisen alkeellisen sähkömoottorin sekä kymmenen vuotta myöhemmin sähkömagneettisen induktion. Dynamoja, varhaisia sähkögeneraattoreita, alettiin rakentaa 1830-luvulla. Samuel Morse keksi 1837 sähkölennättimen. Antonio Meucci esitteli vuonna 1860 puhelimen. Sähkömekaaninen rele keksittiin 1840-luvulla ja sitä käytettiin aluksi mm. lennättimissä. Langaton lennätin kehitettiin 1890-luvulla ja sitä paranneltiin monista yksityiskohdistä 1900-luvun alussa. Thomas Alva Edison oli tuottelias keksijä, jonka merkittävimpiä saavutuksia olivat fonografi 1877 ja sähkövalaistus vuonna 1879. Guglielmo Marconi keksi radion vuonna 1896. Erilaisia sähkögeneraattoreita kehiteltiin 1800-luvun kuluessa ja sähköä alettiin jo tuottaa kaupallisestikin 1800-luvun lopulla.
Sähkövalaistuksen käyttöönotto ajoittuu 1800-luvun lopulle. Edisonin kehittämä hehkulamppu on pääpiirteittäin samanlaisena käytössä edelleen. Suomessa rakennettiin kortteli- tai talokohtaisia valaistussähkölaitoksia 1880-luvulla ja ensimmäinen kaupunkisähkölaitos otettiin käyttöön Tampereella 1888.

Sähkötekniikan kehitys ja elektroniikan syntyminen 1900-luvulla

1900-luvulla sähkötekniikan käyttö arkipäiväistyi ja sähkötekniikan perustalle kehittyi nopeasti laajentuvaksi tekniikan alaksi elektroniikka. Sähköenergiaa ruvettiin tuottamaan ja jakelemaan yhä laajemmin sekä teollisuuteen että yksityiskoteihin ja moninaiset sähkömoottorikäyttöiset koneet otettiin käyttöön.
1900-luvun kuluessa kehitettiin ja otettiin käyttöön monet elektroniset laitteet: esimerkiksi radio, televisio, tietokoneet ja matkapuhelimet. Elektroniikka sai monia sovellutuksia teollisuudessa, tekniikassa, tieteellisessä tutkimuksessa, lääketieteessä, ajoneuvoissa ja viihde-elektroniikkalaitteissa. 1900-luvun lopulla lähes kaikki tekniikan alat alkoivat käyttää sähkötekniikkaa ja elektroniikkaa avuksi.

Elektroniikka autoissa

Moottorin toimintaan liittyen henkilöautoihin on tullut monenlaista elektroniikkaa: elektroninen sytytys 1960-luvulta lähtien ja elektroninen ruiskutus 1970-luvulta lähtien. Elektroninen moottorinohjaus monipuolistui tämän jälkeen liittyen katalysaattoriin.
Autojen sähköisiä vakionopeudensäätimiä on ollut 1950-luvulta lähtien. Elektronisesti ohjattuja automaattivaihteistoja on valmistettu 1970-luvulta lähtien. Luistonestojärjestelmiä on ollut 1970-luvulta alkaen. Ajotietokoneet tulivat autoihin 1980-luvulla, varashälytin ja ajonestolaite 1990-luvulla. Sähköisiä ohjaustehostimia alkoi olla autoissa 1900-luvun loppuvuosilta lähtien.
Elektroniikan kehittyessä autoihin on tullut monenlaisia turvajärjestelmiä. Lukkiutumattomat jarrut (ABS) tulivat autoihin 1980-luvulla ja vakiintuivat autojen vakiovarusteeksi 1990-luvulla. Turvatyynyjä alkoi olla autoissa 1980-luvulta lähtien ja ajovakauden hallintajärjestelmiä alkoi autoihin tulla 1990-luvulla.
Automatkan aikana on pitkään haluttu kuunnella musiikkia: alkeellisia autoradioita on ollut 1930-luvulta lähtien. 1900-luvun loppupuolella autoihin tuli monipuolisia radioita ja musiikintoistolaitteita: ensin radiovastaanottimen rinnalla laitteissa oli C-kasettisoittimia ja myöhemmin CD-soittimia. Matkapuhelimia tuli aluksi 1970-luvulla nimenomaan autopuhelimiksi, jotka olivat kiinteästi asennettu autoon ja jotka ottivat käyttöjännitteen auton sähköjärjestelmästä. Aluksi matkapuhelimet olivat hyvin kalliita ja niitä käytettiinkin lähinnä vain ammattikäytössä. Paikannuslaitteita autoihin alkoi tulla 2000-luvun alussa.

Tietoa siirretään kaapeleissa ja radioteitse

Tietoa alettiin siirtää maan päällä kuparikaapelien kautta ja radiolinkkien avulla. Linkkejä ketjuttamalla muodostettiin verkkoja. Tietoliikennesatelliitteja alettiin käyttää pitkien etäisyyksien ja mannertenväliseenkin tiedonsiirtoon 1960-luvun aikana. Kuparikaapeleita on korvattu nopeimmissa yhteyksissä yhä enemmän valokuiduilla 1970-luvulta lähtien.

Lankaverkkopuhelimet ja matkapuhelimet

Puhelin toimi rakennettujen lankaverkkojen avulla käsivälitteisenä 1800-luvun lopulta lähtien. Verkon muuttaminen automaattivalintaiseksi kesti esimerkiksi Suomessa 1920-luvulta 1970-luvulle asti.
Myöhemmin alettiin suunnitella radioteitse toimivia puhelinlaitteita ja puhelinverkkoja, jotka olivat aluksi analogisia. Matkapuhelimet mahdollistivat puhelinyhteydet autoissa ja myöhemmin missä vain liikkuessa. Suomessa avattiin käsivälitteinen autoradiopuhelinverkko (ARP) 1971. Ensimmäiset NMT-matkapuhelimet tulivat käyttöön Pohjoismaissa 1981. Digitaaliset GSM-puhelinverkot tulivat käyttöön 1990-luvulla. 2000-luvulla tulivat multimedia- ja älypuhelimet.

Muu tiedonsiirtotekniikka

Kaukokirjoitin (telex), jolla voitiin tuottaa tekstiä toisella paikkakunnalla olevalle laitteelle, oli käytössä 1800-luvun lopulta pitkälle 1900-luvulle. Telefaksi, jolla voitiin tulostaa kopio dokumentista kaukana olevalle toiselle telefax-laitteelle, keksittiin periaatteessa jo 1800-luvulla, mutta se tuli käyttöön yleisesti 1970-luvulla. Kehittyneemmät tekniikat ja laitteet ovat syrjäyttäneet kummankin näistä.
Tietoverkkoja rakennettiin jo 1960-luvulta lähtien ja maailmanlaajuinen Internet tuli yleiseen käyttöön 1980- ja 1990-luvun taitteessa. Internetin tekniikka (mm. TCP/IP-protokolla) kehitettiin 1970-luvulla, mutta se tuli arkiseen käyttöön vasta 1980-luvun aikana.

Videon tallennus ja toisto

Kömpelöitä, kalliita ja harvinaisia avokelanauhureita on ollut 1960-luvulta lähtien videon tallennukseen. Ne eivät kuitenkaan koskaan tulleet kotikäyttöön. Kasetteja käyttävät videonauhurit tulivat 1970-luvulla: Betamax julkaistiin 1975, VHS 1976 ja Video 2000 1979. Näistä VHS vakiintui kotikäyttöön 1980-luvulle tultaessa ja sitä käytettiin 2000-luvun alkuun asti, jolloin uudet digitaaliset videon tallennustavat syrjäyttivät muutamassa vuodessa videonauhurit.
Myöhemmin videon tallennus digitalisoituu: harvinainen Laserdisc-tekniikka suunniteltiin 1970-luvulla, 1990-luvulla video-CD tuli videon tallennukseen (pakattu video) ja DVD-video yleistyi 1990-luvun lopussa (formaatti julkistettiin 1995). Mediasoitin sekä tallentava digisovitin ovat tulleet käyttöön 2000-luvulla digitaalisen videon tallennuslaitteiksi.

Elektroniikka kuvaamisessa

1960-luvulta lähtien elektroniset toiminnot alkoivat tulla filmikameroihin. Elektroniikan avulla toteutettiin mm. valotusmittari ja valotusautomatiikka sekä elektroninen salamalaite. Digitaalikameroita perustuen CCD-kennoon ja CMOS-kennoon on ollut 1990-luvulta lähtien.
TV-kamerat toimivat aluksi vidicon-putkilla ja myöhemmin CCD-kennoilla. Kotikäyttöiset videokamerat tulivat 1970-luvulla perustuen aluksi lähinnä VHS-nauhoitukseen. Myöhemmin tulivat digitaaliset videokamerat, jotka tallensivat nauhoille, levyille tai muistikorteille.

Elektroniikka avaruustekniikassa

Avaruustekniikassa kuten satelliiteissa, avaruusluotaimissa, avaruusasemissa ja kuuraketeissa ohjaus ja kommunikaatio on perustunut elektroniikkaan.
Satelliitteja on ollut 1950-luvun lopusta alkaen. Myöhemmin niitä on ollut avaruudessa toiminnassa yhtä aikaa satoja ja niitä on käytetty esim. tietoliikenteeseen, sään tarkkailuun ja paikannusjärjestelmiin. Satelliitteja alettiin käyttää paikannukseen: GPS tuli siviilikäyttöön 1980-luvun puolivälissä ja tarkkana versiona vuonna 2000.
Avaruusluotaimia on lähetetty 1960-luvulta lähtien eri puolille aurinkokuntaamme ja sen ulkopuolellekin.
Avaruudessa maata kiertäviä miehitettyjä avaruusasemia on ollut 1970-luvulta lähtien.
USA teki miehitettyjä kuulentoja vuosina 1969–1972 (Apollo-avaruusohjelma).