Sähkötekniikka

Sähkötekniikka () on sähköä ja sähkömagnetismia hyödyntävä ja tutkiva tekniikan haara. Sähkötekniikka on myös teollisuudenala. Nykyään sähkötekniikka on pirstoutunut useiksi teollisuuden-, tieteen- ja tekniikanaloiksi ja on merkittävä tekijä nykyaikaisessa teollisessa yhteiskunnassa.

Sähkötekniikan historia 

Sähkön historia alkaa noin 1600-luvun alusta. Ensimmäiseksi sähköinsinööriksi on kutsuttu englantilaista William Gilbertiä, joka tutki sähköä ja magnetismia. Hän käytti kirjassaan De Magnete vuodelta 1600 ensimmäisen kerran sanaa ”electricity” eli sähkö. Sähkötekniikan tutkimus alkoi kehittyä enemmän vasta 1800-luvulla, ja vuosisadan tunnettuja kehitysaskelia olivat Georg Simon Ohmin tekemä ero sähkövirran ja jännitteen välille vuonna 1827, Michael Faradayn vuonna 1831 keksimä sähkömagneettinen induktio ja James Clerk Maxwellin kehittämät Maxwellin yhtälöt.

Vuonna 1882 Thomas Edison rakensi ensimmäisen laajamittaisen sähköjakeluverkoston, joka tuotti sähköä 59 kotiin Manhattanilla. Nikola Tesla jätti vuonna 1887 useita patenttihakemuksia uudesta sähkövirran jakelutavasta, jota hän kutsui vaihtovirraksi. Tesla myös työskenteli radioelektroniikan parissa, jonka uranuurtaja Heinrich Hertz pystyi vuoden 1888 kokeissaan lähettämään ja vastaanottamaan radioaaltoja rakentamallaan laitteistolla. Vuonna 1897 Karl Ferdinand Braun esitteli katodiputken, jonka sovellus, katodisädeputki, mahdollisti myöhemmin kuvaputken ja näin ollen myös televisio toteuttamisen. Englantilainen John Ambrose Fleming keksi ja patentoi vuonna 1904 ensimmäisen elektroniputken, jota Robert von Lieben ja Lee De Forest myöhemmin kehittivät eteenpäin. Britannian sotavoimat ryhtyivät kehittämään 1930-luvulla tutkaa, ja ensimmäinen tutka-asema käynnistettiin Bawdseyssa Englannissa, vuonna 1936.

Saksalainen Konrad Zuse julkisti vuonna 1941 maailman ensimmäisen tietokoneen, jota kutsuttiin nimellä Z3. Muutamaa vuotta myöhemmin, vuonna 1946, esiteltiin ENIAC, joka oli yhdysvaltalainen täysin elektroninen tietokone. Transistorin kehittäminen vuonna 1947 toi Nobelin fysiikanpalkinnon William Bradford Shockleylle, John Bardeenille ja Walter Houser Brattainille. Transistori mahdollisti mikropiirin keksimisen, minkä tekivät Jack Kilby ja Robert Noyce vuosina 1958 ja 1959: Kilby ja Noyce jakavat kunnian keksinnöstä nykyään. Mikroprosessorin kehitys johti mikrotietokoneiden vallankumoukseen.

Alahaarat 

 Elektroniikka – sähkölaitteiden suunnittelu, valmistus ja käyttö
 Mikroelektroniikka – pienten sähkölaitteiden suunnittelu, valmistus ja käyttö
 Piiriteoria – virtapiirien suunnittelu, simulointi ja teoreettinen tutkimus
 Radioelektroniikka – sähkömagneettiseen säteilyyn perustuvaan tiedonsiirtoon liittyvä tutkimus
 Tietotekniikka – koneellinen, yleensä sähköinen, tietojenkäsittely ja -siirto
 Sähkövoimatekniikka – sähkön tuottaminen, käsittely, siirto ja käyttö
 Mittaustekniikka – myös muita tapoja kuin sähkö
 Säätötekniikka – myös muita tapoja kuin sähkö

Sähkötekniikan suureita 
 Impedanssi Z
 Induktanssi L
 Jännite U
 Kapasitanssi C
 Konduktanssi G
 Reaktanssi X
 Resistanssi R
 Sähkövaraus Q
 Taajuus f
 Teho (pätöteho) P , näennäisteho S, loisteho Q, tehokerroin cos φ
 Virta I

Materiaalien ominaissuureita
 Ominaisvastus ρ, sähkönjohtavuus (konduktiivisuus) σ
 Permittiivisyys ε, permeabiliteetti μ

Sähkötekniikan peruskäsitteitä
 Amplitudi
 Sähkömagneettinen spektri
 Sähkömagneettinen induktio
 Reluktanssi, permeanssi
 Magnetismi, magneettivuon tiheys, sähkömagnetismi, diamagnetismi, paramagnetismi
 Sähköjohto
 Pyörrevirta
 Vaihtovirta
 Sähköisten suureiden analogiat

Sähkötekniikan peruskomponentteja
 Vastus, varistori
 Potentiometri, trimmeri
 Kela, muuntaja, toroidi
 Kondensaattori, häiriönpoistokondensaattori
 Rele
 Isolaattori
 Transistori, IGBT, elektroniputki
 Diodi
 Kide
 Regulaattori
 Kytkin

Sähkötekniikan peruslakeja
 Ohmin laki
 Maxwellin yhtälöt
 Boltzmannin vakio
 Gaussin laki
 Ampèren laki
 Faradayn induktiolaki

Katso myös 
 Sähköoppi

Lähteet

Kirjallisuutta 
 

Seulonnan keskeiset artikkelit