Przechowują one twoje pieniądze. Monitorują bicie twojego serca. Przenoszą dźwięk twojego głosu do domów innych ludzi. Sprowadzają samoloty na ląd i bezpiecznie prowadzą samochody do celu - nawet strzelają z poduszek powietrznych, jeśli wpadniemy w kłopoty. Niesamowite jest zastanawianie się, ile rzeczy "oni" faktycznie robią. "Oni" to elektrony: maleńkie cząsteczki w atomach, które maszerują po określonych ścieżkach znanych jako obwody przenoszące energię elektryczną. Jedną z największych rzeczy, jakich ludzie nauczyli się robić w XX wieku, było używanie elektronów do sterowania maszynami i przetwarzania informacji. Rewolucja elektroniczna, jak wiadomo, przyspieszyła rewolucję komputerową i obie te rzeczy zmieniły wiele obszarów naszego życia. Ale jak dokładnie nanoskopowo małe cząsteczki, o wiele za małe, by je zobaczyć, osiągają rzeczy tak duże i dramatyczne? Przyjrzyjmy się bliżej i dowiedzmy się!
Jaka jest różnica pomiędzy elektrycznością a elektroniką?
Jeśli przeczytałeś nasz artykuł o elektryczności, będziesz wiedział, że jest to rodzaj energii - bardzo wszechstronny rodzaj energii, który możemy wytwarzać na różne sposoby i wykorzystywać w wielu innych. Energia elektryczna to wszystko o tym, aby elektromagnetyczny przepływ energii wokół obwodu tak, że będzie prowadzić coś w rodzaju silnika elektrycznego lub elementu grzejnego, zasilającego urządzenia takie jak samochody elektryczne, czajniki, tostery i lampy. Generalnie, urządzenia elektryczne potrzebują dużej ilości energii, aby mogły pracować, więc zużywają dość duże (i często dość niebezpieczne) prądy elektryczne. Element grzejny o mocy 2500 wat w czajniku elektrycznym pracuje na prąd o natężeniu około 10 amperów. Natomiast elementy elektroniczne wykorzystują prądy, które mogą być mierzone w ułamkach miliamperów (które są tysiącami amperów). Innymi słowy, typowe urządzenie elektryczne prawdopodobnie używa prądów o wartości dziesiątek, setek lub tysięcy razy większej niż typowe urządzenie elektroniczne.
Elektronika jest znacznie bardziej subtelnym rodzajem energii elektrycznej, w którym małe prądy elektryczne (i teoretycznie pojedyncze elektrony) są ostrożnie kierowane wokół znacznie bardziej złożonych obwodów w celu przetworzenia sygnałów (takich jak te, które przenoszą programy radiowe i telewizyjne) lub przechowywania i przetwarzania informacji. Pomyśl o czymś w rodzaju kuchenki mikrofalowej i łatwo dostrzec różnicę pomiędzy zwykłą elektrycznością a elektroniką. W mikrofalówce energia elektryczna dostarcza mocy, która generuje fale wysokoenergetyczne, które gotują twoje jedzenie; elektronika steruje obwodem elektrycznym, który gotuje.
Elektronika analogowa i cyfrowa
Istnieją dwa bardzo różne sposoby przechowywania informacji - analogowy i cyfrowy. Brzmi to jak dość abstrakcyjny pomysł, ale jest naprawdę bardzo prosty. Załóżmy, że zrobisz staromodne zdjęcie kogoś z aparatem filmowym. Aparat fotograficzny rejestruje światło wpadające przez migawkę z przodu, jako wzór jasnych i ciemnych obszarów na chemicznie obrabianym plastiku. Scena, którą fotografujemy jest zamieniana na rodzaj natychmiastowego, chemicznego malowania - "analogii" tego, co oglądamy. Dlatego mówimy, że jest to analogowy sposób przechowywania informacji. Ale jeśli zrobisz zdjęcie dokładnie tej samej sceny aparatem cyfrowym, aparat przechowuje zupełnie inny zapis. Zamiast zapisywać rozpoznawalny wzór jasnych i ciemnych obszarów, zamienia on jasne i ciemne obszary na liczby i przechowuje je zamiast tego. Zapisywanie numerycznej, zakodowanej wersji czegoś jest znane jako cyfrowe.
Urządzenia elektroniczne z reguły pracują na informacji w formacie analogowym lub cyfrowym. W staromodnym radiu tranzystorowym, sygnały nadawcze docierają do obwodów radioodbiornika przez wystającą z obudowy antenę. Są to sygnały analogowe: są to fale radiowe, przemieszczające się w powietrzu z odległego nadajnika radiowego, które wibrują w górę i w dół we wzorze odpowiadającym dokładnie słowom i muzyce, które niosą. Tak więc głośna muzyka rockowa oznacza większe sygnały niż cicha muzyka klasyczna. Radio utrzymuje sygnały w formie analogowej w miarę ich odbierania, wzmacnia je i zamienia z powrotem w dźwięki, które można usłyszeć. Ale we współczesnym radiu cyfrowym rzeczy dzieją się w inny sposób. Po pierwsze, sygnały podróżują w formacie cyfrowym - jako zakodowane numery. Kiedy docierają one do Twojego radia, liczby są zamieniane z powrotem na sygnały dźwiękowe. Jest to zupełnie inny sposób przetwarzania informacji i ma on zarówno zalety, jak i wady. Generalnie, większość nowoczesnych form sprzętu elektronicznego (w tym komputery, telefony komórkowe, aparaty cyfrowe, radia cyfrowe, aparaty słuchowe i telewizory) korzysta z elektroniki cyfrowej.
Elementy elektroniczne
Jeśli kiedykolwiek spojrzałeś w dół na miasto z okna wieżowca, zachwycasz się wszystkimi maleńkimi budynkami pod tobą i uliczkami, które łączą je ze sobą na różne zawiłe sposoby. Każdy budynek ma swoją funkcję, a ulice, które umożliwiają ludziom podróżowanie z jednej części miasta do drugiej lub odwiedzanie różnych budynków po kolei, sprawiają, że wszystkie budynki współpracują ze sobą. Kolekcja budynków, sposób ich rozmieszczenia i liczne połączenia między nimi sprawiają, że miasto tętni życiem o wiele bardziej niż suma jego poszczególnych części.
Obwody wewnątrz urządzeń elektronicznych również są nieco podobne do miast: są one wypełnione komponentami (podobnymi do budynków), które wykonują różne prace, a komponenty są połączone kablami lub metalowymi połączeniami drukowanymi (podobnymi do tych na ulicach). W przeciwieństwie do miasta, gdzie praktycznie każdy budynek jest unikalny i nawet dwa rzekomo identyczne domy lub biurowce mogą być subtelnie różne, układy elektroniczne są zbudowane z niewielkiej liczby standardowych komponentów. Ale tak jak w przypadku LEGO®, można te elementy połączyć w nieskończoną ilość różnych miejsc, dzięki czemu wykonują one nieskończoną ilość różnych zadań.
