Dag: 21 juni 2022

Från Moores lag till Intels framtidselektronik

Utvecklingen har gått i raketfart. Det var bara 40 år sedan som det var toppmodernt med 29 000 transistorer och idag har en mobiltelefon flera miljarder. Gordon Moore hade år 1965 presenterat sin tes om att det antal transistorer som ryms i en integrerad krets dubblades varje år. Längre fram reviderade han detta och menade att en dubbling sker vartannat år. 1975 bildades uttrycket Moores lag för beskrivning av utveckling framåt för integrerade kretsar.

Överträffa Moores lag

Moore grundade teknikföretaget Intel, idag en global gigant. Intel säger att de ska överträffa Moores lag under detta årtionde. Andra hårdvarutillverkare kommer inte att kunna följa Intel inom detta område, säger man.

Experter inom chipptillverkningen har antytt att Moores lag kommer att tappa tempo eftersom tillverkningen blivit så komplex. Det går inte att följa lagen mera. Kvantfysik sätter käppar i hjulet för hur varje enskild komponent kan göras. Intels tanke att man ska överträffa Moores lag bottnar i flera saker. Intel går vidare till en ny generation av litografiteknik för utskärning av transistorer från kiselskivor, dessutom börjar man använda den helt nya transistormodellen man skapat samt ett nytt system för leverans av ström. Framtiden har redan landat.

Smart teknik

Elektricitet behövs överallt, till och med i skogen. Kanske har du med dig en GPS för att hitta rätt? Överallt i våra liv använder vi elektronik. Det finns mängder av supervassa elektroniska produkter på marknaden idag, och hade Tesla eller Edison levt idag hade de nog varit i himmelriket. Samtidigt hade de säkerligen varit med och drivit den högteknologiska utvecklingen framåt eftersom uppfinningsrikedom handlar om mentalitet och inte tidsera.

Batterier och el-bilar

Smart teknik finns runt omkring oss, i bostaden, på arbetsplatsen – vi kan inte leva utan den idag. Många har hela sitt liv i mobiltelefonen. En av de många innovationerna är el-bilen som drivs på ett laddbart batteri. Redan på 1700-talet intresserade sig Alessandro Volta och Luigi Galvani för forskning av hur musklerna blev påverkade av elektricitet. Galvani var övertygad om att människans nerver och musklerna hade möjligheten att alstra elektricitet. Volta däremot, kunde bevisa att det var metaller som producerade elektriciteten när de var i kontakt med varann. Batteriet innehåller lagrad energi som blir åtkomlig i elektrisk form för den komponent som är ansluten till batteriet.

Idag kan vi ladda bilen hemma eller på laddstolpar runt om i landet.

Teknik överallt

Mycket pågår inom elektronik, utvecklingen går i rasande fart. En produkt blir gammal på några månader när nya funktioner uppfunnits, eller en ny produkt kommit ut. Hemelektroniken har kommit mycket långt inom digital omställning, och även butikerna, både online och de fysiska skapar helt nya upplevelser för kunderna och vi lever i våra mobiler. Elektronik används på alla platser i samhället och skapas ofta ur perspektivet ”samhällsutmaning” där det finns ett behov. Utvecklingen skapar möjligheter!

Hållbar el

Idag är det viktigare än någonsin att all el är ren och förnybar, och att den kommer från källor som är miljövänliga och inte från fossila bränslen som olja och kol. Sveriges elproducenter har tagit ett ansvar för att göra elen hållbar och så oskadlig som möjligt för miljön.

Energiprincipen

Energi (energeia) är grekiska och betyder handlingskraft. Energiprincipen betyder att man inte kan skapa energi och inte heller förinta det. Man kan omvandla energi från en form till en annan, exempelvis mellan elektrisk och mekanisk energi. Energi som omvandlas kan ge kraft och rörelse, ljus, kyla och värme. Ett bra exempel på detta är ett vattenkraft där vattenmagasinet blir rörelseenergi i turbiner och därefter omvandlas till den elektriska energin i kraftverkets generator. Sedan tar det bara en vridning på knappen på spisen och elektriciteten blir värmeenergi.

Förnybar energi

Det finns källor för både förnybar energi och ej förnybar energi. De energikällor som inte är förnybara är de fossila energikällorna som gas, kol och olja. De nybildas långsamt och tillgången kan vara begränsad, de kan till och med ta slut. I kärnkraftverken använder man uran som inte nybildas. Dessa skapar biprodukter som behöver hanteras och som inte har positiv inverkan på miljö och människor.

Förnybara, hälsoriktiga, energikällor är exempelvis vattenkraften, vindkraften, solenergi, vågkraften, jordvärme och biomassor.

El-nätet

I slutet av 1800-talet öppnades det första elkraftverket i USA och följdes av flera. Elverken tillverkade likström som flödade i en riktning i ledningen. Tesla hade utvecklat en teknik för växelström, det vill säga strömmen byter riktning i kraftledningen. På så sätt kunde man överföra mera kraft på långt avstånd.

Elnätet skapas

Det första elkraftverket i Stockholm var ångdrivet och startades 1892. Det var Brunkebergsverket. När elkraftverken grundades på flera håll kunde elektriciteten spridas i allt större nät. På 1900-talet var det mestadels växelström som användes. Idag används också det innovativa HVDC, High Voltage Direct Current – den högspända likströmmen. I havet läggs en kabel på havsbotten med vattnet som återledare. Med den tekniken har svensk elnät bundits samman med det danska, tyska och polska elnätet. Handel med energi sker över HVDC i hela Europa.

Elektricitet finns överallt

Elektricitet är inte skapat eller uppfunnet, det finns överallt och det ”upptäcktes”. Elektriska laddningar uppstår när två föremål kommer i kontakt. Detta är statisk elektricitet, det kan spraka till och det är vanligt att det uppstår när du exempelvis kammar håret. Elektricitet finns även i människokroppen, det pratas ofta om att vi alla ”är energi” och det är precis så det är. Kroppens nervceller sänder hela tiden meddelanden till varandra och för att göra detta använder dessa celler elektrisk laddning.

När elektroniken kom till Sverige

Det var en spännande tid. Många uppfinnare i omvärlden testade alla möjliga uppfinningar för att utveckla olika saker. Elektrisk kraft upptäcktes och användes för första gången i Sverige år 1876.

Bågljuslampor och trefas

Lampor användes för första gången i Sverige år 1876. Det var sågverket i Marma i Hälsingland som tillsammans med sågverket i Näs i Dalarna använde elektriska bågljuslampor. Detta gjorde att arbetsdagarna kunde förlängas under vintern och man kunde utöka produktionen.

Kort därefter, år 1893 kom den nya metoden med trefas växelström. Detta var starten på elektrifieringen i Sverige. Pionjärsträckan gick från Aseas nya vattenkraftsstation i Hellsjön i Dalarna och till Grängesbergs gruvor – kraften färdades 15 kilometer från Hellsjön till Grängesberg.

Elektrisk belysning tillgängligt för alla

Det första elverket i Sverige öppnades år 1884 i Göteborg. Det var då det elektriska ljuset blev tillgängligt för alla. Utanför städerna växte elverk upp och år 1893 fanns det runt 100 elverk i Sverige. Mestadels var det industrin som brukade elkraften eftersom det ännu inte var självklart för gemene man. I bostäderna var fotogenlampor den mest förekommande belysningen upp till 1910-talet. Det var dessutom billigt.

År 1885 var Göteborg och Stockholm, med några få undantag, elektrifierade med gatubelysning, butiksbelysning och elektricitet på sjukhus. Dessa stod för hälften av elförbrukningen i landet. Vid denna tid producerade man 82% av strömmen via ångkraft. Resterande 18% bestod av vattenkraft, men den nyttjades bara om en industri låg nära ett vattendrag. Efter första världskriget startade elektrifieringen av Sverige på allvar.

Likström blir HVCD

Även likströmsnätet levde vidare till 1970-talet, mestadels i Stockholm, men likströmmen finns kvar i samhället i form av HVDC – High Voltage Direct Current. Detta är högspänd likström för förbindelser från punkt till punkt. 1954 gjorde världens första HVCD länk entré mellan Gotland och det svenska fastlandet. En HVDC länk har mindre förluster än en högspänd växelströmslänk och det var ABB som levererade länken.

Elektriska giganter – Edison vs Tesla

”War of the Currents” – strömkriget – pågick under sent 1800-tal och tidigt 1900-tal mellan Thomas Edison och Nikola Tesla samt George Westinghouse som arbetade med Tesla.

Strömkrigets syfte

Strömkrigets syfte utgick ifrån att bevisa om det var växelström eller likström som var det bästa valet när man skulle distribuera elektricitet till alla hushåll. Edison drev frågan om likström. Han byggde upp en stor kampanj för att påtala hur farlig växelströmmen var. Han gick så långt att han försökte bevisa detta genom att ta livet av djur, och det underliga var att Edison, trots att han var en värnare av livet – även var delaktig i att konstruera elektriska stolen för att ta livet av människor. Han var motståndare till dödsstraff men såg detta som en möjlighet att skapa en allmänt negativ inställning till fenomenet växelström.

Tesla, född i Serbien, höll spektakulära shower där han visade upp högfrekvent växelström. Tesla, senare amerikan, var excentrisk och intelligent och hans uppfinningar lade grunden till dagens moderna masskommuikationssystem. Den amerikanska vetenskapsmannen Edison var från början Teslas chef och idag mycket känd som glödlampans uppfinnare, men också uppfinnaren av rörlig bild. Dessa båda blev så småningom bittra rivaler där Teslas växelström (AC) stod mot Edisons likström (DC).

Geniernas kamp

Tesla och Edison var två vitt skilda karaktärer. Tesla kunde se i bilder och visualera invecklade 3D objekt och bygga en prototyp efter detta som fungerade fullt ut. Han skapade en preliminär ritning från minnet och satte igång. Man kan säga att Tesla utvecklade sina uppfinningar från sin fantasi.

Edison var mer av en praktisk person, han skissade vid arbetsbordet. Edison hade alltid kablar och spolar framför sig. Han hade över tusen patent, medan Tesla hade runt 300.

Teslas idéer var ofta mer vågade och annorlunda tekniker som störde det normala och inte var direkt efterfrågade. Teslas växelströmsmotor och vattenkraftverket vid Niagarafallen var det första kraftverket i sitt slag som elektrifierade världen. Något som Tesla inte är lika känd för är hans arbete för att trådlöst överföra röster och rörliga bilder. Han var långt före sin tid och kanske är Tesla den som borde ses som den riktiga fadersgestalten till både telefon, mobiler, radio och TV.

Växelström opraktiskt

Edison ansåg att Teslas idé med ett växelströmssystem för elektrisk överföring var opraktiskt – och att hans egen uppfinning som var enklare, likströmssystemet, var bättre. Inte effektivare men mera praktisk.

Edison utförde sin kampanj framgångsrikt men man ansåg ändå att Teslas system var bättre. Idag används växelström över hela världen.

Elektronikens äldre historia

Elektronikens historia går långt tillbaka i tiden och såg helt annorlunda ut än dagens superteknik. Rötterna går bakåt till 1600- och 1700-talet när man började med kartläggning av elektriska fenomen. De kända vetenskapsmännen Gray, Gilbert, Faraday och senare Lorentz och Maxwell lämnade alla avgörande bidrag till människans lärande om elektricitet. Ordet ”elektricitet” uppfanns av Walter Charleton.

Bagdadbatteriet

Den första gången någon skrev om det som påminde om elektricitet var när greken Thales från Miletos skrev om detta på 500-talet f.Kr. Han beskrev en attraktion mellan ämnen som bärnsten och päls skulle inträffa om man lade pälsen ovanpå bärnstenen. Vad han egentligen beskrev var statisk elektricitet. I Italien skrev Girolamo Cardano som var fysiker,”De Subtilitate”, ett unikt verk där han skiljde på elektrisk och magnetisk kraft. Men redan 300 år tidigare skapades det kända ”Bagdadbatteriet” i Irak. Detta påminde om en galvanisk cell och upptäcktes år 1938.

Elektricitetsmaskinen och gnistan

Drottning Elisabeth I hade en läkare vid namn William Gilbert som bedrev forskning inom elektricitet. Gilbert kunde visa att bland annat diamanter och harts hade samma egenskaper som bärnsten. År 1663 tillverkade Otto von Guericke den första elektricitetsmaskinen. Han upptäckte också att elektriciteten kunde föras via en linnetråd från en kropp till nästan kropp.

”Gnistan” studeras av Wall år 1700, han var förmodligen den första som såg den elektriska urladdningen i en blixt. Han följdes av flera fantastiska vetenskapsmän. Francis Hauksbee observerade att elektricitet kunde alstra ljus genom att gnida en glaskula tömd på luft. Olika kroppars möjlighet att leda elektricitet undersöktes systematiskt av flera framstående vetenskapsmän. Särskilt uppmärksammad blev upptäckten att människokroppen kunde leda elektriciteten.

Ampere upptäcks

Charles du Fays upptäckte år 1733 att det fanns två sorters elektricitet, glaselektricitet och hartselektricitet. Samma sorts laddningar stötte bort varann, och olika sorts laddningar drog till varandra. Grays och du Fays införlivades i elektronikstudier på universitetsnivå.

Sedan kom elektromagnetismen. André-Marie Ampère upptäckte den år 1796 vilket förklarade principen för elektrisk spänning och ström. Enheten ampere som används än idag döptes efter sin uppfinnare. En ny rad modernare vetenskapsmän följde efter Ampère, framförallt beskrivandet av de nya upptäckterna var viktig. Termoelektriciteten upptäcktes av Thomas Seebeck och det förhållande som uppstod mellan ström, spänning samt motstånd beskrevs av Georg Ohm. Elektriskt motstånd benämns fortfarande i ohm.

Faraday – en av de stora

Det tog ända till 1830-talets slut innan elektricitet började brukas praktiskt. En av de stora i elektronikhistorien var Michael Faraday. Han skapade den första eldrivna apparaten år 1832 och många av Faradays konstruktioner var basen för de moderna motorerna och elgeneratorerna.

Det drog dock ut på tiden innan elektriskt ljus blev en möjlighet för gemene man. Det första elverket i Sverige öppnades i Göteborg år 1884, men redan 1893 hade ett hundratal elektriska anläggningar byggts i Sverige.

Edison, Tesla och Westinghouse

Edison, Tesla och Westinghouse var tongivande. Dessa konkurrerade med sina uppfinningar något som benämns ”War of the Currents” eller ”strömkriget”. Edison menade att likström var det bästa, medan Tesla ansåg att det var växelström.

På 1940-talet började transistorer att produceras och de elektroniska kretsarna blev mer avancerade. På 1970-talet kom de integrerade kretsarna och därefter exploderade utvecklingen.