Elektronrör, transistorer, integrerade kretsar och mikroprocessorer

Nedan beskrivs utvecklingen inom elektroniken som kom att innebära förutsättningarna bland annat för att bygga radioapparater, TV-apparater, datorer, mobiltelefoner och miniräknare.
Elektronrör/radiorör
Det första som hände var att man insåg att en vanlig glödlampa, som alltså patenterades av Edison 1880, kunde leda ström. Det var i arbetet med den första glödlampan med lång brinntid som upptäckten kom. Genom att den brann länge fick Edison problem med sotavlagringar och för att bli av med dem lade han in en skyddande metallskiva i glödlampan. Det visade sig då att glödlampan släppte igenom ström. Edison drog dock ingen egentlig slutsats av detta, men det skulle andra göra, men långt senare.
Det skulle faktiskt dröja hela 24 år innan John Fleming 1904 kunde visa upp ett elektronrör som kom att kallas diod. Vad den gjorde var att likrikta strömmen och det första användningsområdet kom att bli laddning av batterier. 1906 kom dock ett mer betydelsefullt steg när Lee de Forest uppfann det vi i dag kallar trioden. Med den kunde man förstärka signaler och särskilt då radiosignaler i form av elektroner. Den kunde också fungera som en för tiden snabb strömbrytare som skulle komma till användning i de första datorerna. Trioden var också förutsättningen för utvecklingen av bland annat telekommunikation, radio, TV och radar. Dess betydelse är alltså mycket stor för den fortsatta utvecklingen. Trots dessa uppfinningar dröjde det länge innan man hade fungerande tillämpningar. Det var först under och efter första världskriget som man kunde bygga ett bra fungerande radiosystem.
Transistorer
Elektronrören/trioderna hade dessvärre många nackdelar, särskilt om man ville bygga datorer eftersom det krävdes enorma mängder av elektronrör vilket i sig betydde massor av energitillförsel i form av el och dessutom gick de ofta sönder. Av dessa och flera andra skäl var alltså industrin mycket intresserad av att finna en bättre lösning och efter andra världskriget kom den, transistorn.
Den var betydligt mindre och dessutom strömsnålare än elektronröret. En transistor kan bland annat fungera som signalförstärkare, strömbrytare och spänningsreglerare. Transistorer byggdes med så kallade halvledare som är material som antingen kan vara ledande eller inte ledande. Man kan alltså skapa en binär situation. Det material som först användes var germanium, men det skulle bli ersatt av kisel under 1950-talet, silicon på engelska, därav Silicon Valley. Den första varianten skapades 1947 av John Bardeen and Walter Brattain, som sedan William Shockley utvecklade. De kallade den en "transistor".
Integrerade kretsar
Under 1960-talet lyckades man framställa den integrerade kretsen som var en liten skiva med kiselkomponenter på och som kunde utföra samma moment som transistorn, men i ett mycket mindre format och dessutom strömsnålare och snabbare. Man kunde nu bygga flera transistorer och andra komponenter på en och samma kiselskiva och kapsla in den i ett hölje med flera anslutningsben. Just modellen med anslutningsben fanns kvar i datorer, särskilt persondatorer, långt in på 1980-talet och det är säkert många som minns hur svårt det var att sätta in ett sådant chip utan att bryta något av dess ben. (Chip blev den vanliga beteckningen för integrerade kretsar, antagligen för att de liknade ett chips eller flisor, som heter chips på engelska.)
Genom den integrerade kretsen fanns det nu möjlighet att till exempel bygga en liten räknemaskin som man kunde ha i fickan. Den innebar också möjligheter för att bygga mindre datorer för att inte tala om allt annat som nu kunde göras mindre.
Det var Bell Laboratories som var först 1961 med en integrerad krets, men det var det nystartade företaget Intel med Robert Noyce och Gordon E. Moore som lyckades tillverka en variant som lämpade sig för industriell tillämpning. Både Noyce och Moore hade tidigare jobbat på Shockleys företag och sedan på Fairchild Semiconductor. Moore blev sedan världsberömd för Moores lag som säger att antalet komponenter i en integrerad krets fördubblas ungefär vartannat år, vilket ju också har skett fram till nu.
Microprocessorer
Därefter kom nästa steg som var mikroprocessorn. Det är en integrerad krets som också innefattar en processor, alltså en mikrodator. I början av 1970-talet var den första kommersiellt användbara kretsen klar och det var Intel som stod bakom den. Den första stora kommersiella framgången kom med de små räknemaskinerna som kallades fickräknare eller miniräknare då. Under senare delen av 1970-talet skulle mikroprocessorerna göra sitt intåg i datorerna och 1983 kom vi att kalla dessa datorer för persondatorer i Sverige, för det var då som IBM lanserade sina persondatorer här. Innan dess sa man alltid mikrodatorer. Sedan dess har i princip alla ingående komponenter i en microprocessor blivit bättre, mindre och snabbare. Minnena har också ökat kraftigt i storlek och den utvecklingen bara fortsätter.
De senaste åren har även telefoner utrustats med ”microprocessorer” och då heter de smart phones.
Publicerat med tillåtelse av Anders Angervall, http://andersangervall.se
Elproduktion
Generatorer
1820 upptäckte den danske forskaren Hans Christian Ørsted något som skulle komma att få enorma konsekvenser. Han var den förste att observera att elektrisk ström skapade ett magnetfält som påverkade kompasser. Så småningom insåg man också att magnetism omvänt kunde skapa ström genom arbeten av Michael Faraday.
Det många år innan Werner Siemens genom upptäckten 1867 av den så kallade dynamoelektriska principen skapade förutsättningarna för att faktiskt producera elektricitet. Det skulle dock dröja till 1871 då Zénobe Gramme lyckades göra en generator eller dynamo som det också kallas och man kunde producera elektricitet i verkligheten. En generator kan alltså skapa ström genom att den tillförs rörelse, jämför med belysningen på cyklar tidigare då en dynamo som var lutad mot däcket fick rörelseenergi som kunde ge belysning till cykellampan. Genom att koppla ångmaskiner till generatorer kunde man nu för första gången i stor skala producera elektricitet. Det var dock fortfarande likström av samma typ som man fick från batterier som gällde.
Ångmaskiner
Inledningsvis användes alltså ångmaskiner för att driva generatorer som i sin tur skapade el. De drevs av stenkol och medförde att Sverige fick importera i stort sett hela sitt behov. Det fanns bara en större stenkolsgruva i hela Sverige som låg vid Höganäs i Skåne. Sättet att skapa el genom att värma vatten till ånga görs i vad man idag kallar kondenskraftverk. Med tiden kom också olja och sedan uran att användas, men principen var densamma, så det är inte konstigt att man redan tidigt försökte få el genom strömmande vatten och därmed minska den dyra importen.
Vattenkraft
Vattenkraft har förstås funnits i eviga tider och i Sverige var kvarnar en typisk användning av vattenkraft. Redan i slutet av 1800-talet hade det byggts både kommunala och privata vattenkraftverk för att generera el. Sättet man får el ur rinnande vatten är att låta det strömmande vattnet driva en generator som i sin tur ger el. Detta arbetssätt var inte bara helt fritt från utsläpp och ”gratis”, det var också ett mycket effektivt sätt att generera el. Verkningsgraden för el framställd genom vattenkraft är ca 90 % att jämföra med ånga som i början låg på några enstaka procent och vid den här tiden hade kommit upp i cirka 20 %.
Ett av de första kraftbolagen, Sydkraft, bildades 1906 för att utvinna el ur Lagan. Med invigningen i mars 1910 av det som vi nu kallar Trollhättefallen blev också staten inblandad. En av kraftstationerna i Trollhättan, Olidan, är den första stationen som levererar el till det statliga nätet. Olidan byggdes av det som senare skulle komma att kallas Vattenfall. Samma år i september invigdes fyra nya vattenkraftverk i Lagan genom Sydkraft. Därför kan man nog fastslå att 1910 var året då elektrifieringen tog rejäl fart och listan på nya vattenkraftverk blev i fortsättningen också imponerande, framförallt efter 1920 och därmed skulle den dyra importerade kolen för första gången få konkurrens. Det största projektet blev byggandet av vattenkraftverket i Porjus som var klart 1915.
Förutom att generera el från vattenkraft medförde byggandet av dammar och kraftverk ett ganska stort uppsving för arbetsmarknaden, men framför allt att ASEA som leverantör av både maskiner till kraftverken samt ledningarna och infrastruktur runt dessa fick nödvändiga kunskaper och erfarenheter för att bättre verka på den internationella marknaden.
I slutet av 1970-talet upphörde utbyggnaden dels för att spara en del älvar, men troligen främst för att kärnkraften nu fanns som ett billigare alternativ.
Det finns statistik från Vattenfall som visar att elproduktionen i terawattimmar (TWH) knappt var mätbar 1920, se nedan. Först 1930 var produktionen mer än 5 TWH och i sort sett hela produktionen kom från vattenkraft. Inte förrän i slutet av 1960-talet var värmekraftverk drivna av olja eller kol tillräckligt stora producenter för att ha betydelse och då var den totala produktionen runt 70 TWH.
Idag står vattenkraften för ca 50 % av energiproduktionen.
Av diagrammet nedan kan man nog dra slutsatsen att elanvändningen inte var så hög i Sverige och att inte heller användningen av elektriska apparater eller belysning var särskilt stor. 1960 klarade man sig med runt 50 % av den mängd man behövde 1970 och då hade man inte börjat med eluppvärmda hus ännu. Det skedde först när kärnkraften byggdes ut.
Källa: http://historia.vattenfall.se/sv/hela-sverige-blir-elektriskt/planerarens-dilemma
Kärnkraft
Med tiden fanns det allt färre möjligheter att bygga ut vattenkraften och man tog därför beslutet att börja med kärnkraft eftersom det var mer effektivt än att elda med olja eller kol. 1972 öppnade det första kärnkraftverket i Oskarshamn, 1975 öppnades Barsebäck samt Ringhals och 1980 Forsmark. Elproduktionen kom när allt var färdigbyggt att stå för ungefär lika stor del som vattenkraften, alltså ca 40 %.
I och med kärnkraften fortsatte elproduktionen att öka och 1988 var man uppe i 140 TWH och på den nivån har det legat sedan dess.
Många har nog fått uppfattningen att kärnkraft är en avancerad teknik som kräver mycket kunskap. Det är i och för sig sant, men den grundläggande tekniken som används är densamma som i en ångmaskin från 1700-talet. Man värmer helt enkelt upp vatten och sedan låter man ångan driva en generator som skapar el. Det som gör det komplicerat är att man eldar med radioaktiva ämnen, nämligen plutonium och uran.
Elproduktion idag
De senaste tio åren har vindkraften ökat mycket kraftigt, men från en låg nivå. 2005 producerades 0,9 TWH och 2015 var det uppe i 16,6 TWH där TWH är biljoner watt-timmar. Jämför man med ett vindkraftverk så producerar det cirka 4 000 MWH. Det innebär att vinden stod för ca 11 % av elproduktionen, 47 % från vattenkraft, 34 % från kärnkraft och 8 % från kraftvärmeverk som till stor del förbrände avfall. 2016 minskade produktionen av vindkraft och först 2017 var den 17,3 TWH, men fortfarande bara 11 % av den totala produktionen av 159 TWH. Så även om upplevelsen om att det finns vindkraftverk på allt fler platser i Sverige har inte vare sig produktionen eller den procentuella andelen förändrats. Det faktiska antalet ligger på drygt 3 000 vindkraftverk.
Publicerat med tillåtelse av Anders Angervall, http://andersangervall.se
|