Transcript 2-Communication_swe

II. Tekniska genombrott inom informationshantering och kommunikation
II. 1. Framsteg inom kommunikationsområdet
Utvecklingen av telefonen
Sedan Alexander Graham Bell uppfann telefonen 1876
har den blivit en central del av det moderna livet. Man
kan nu kommunicera direkt med personer som befinner
sig var som helst i världen. Det första telefonsamtalet
över Atlanten ägde rum 1926 och kommersiell telefoni
mellan New York och London började 1927, då via radio.
Det amerikanska bolaget AT&T började med
internationell telefonservice 1935. De långväga
överföringarna skedde med radio fram till 1956 då den
första undervattenskabeln började användas. Från 1962
började man använda kommunikationssatelliter. Dagens
kemiingenjörer har lett oss från koppartråd till optiska
fibrer, från telefonväxlar till satelliter och vidare till
Internet.
Telefonväxel
Trådlös kommunikation
Utvecklingen av mobiltelefoner och personsökare beror på
utvecklingen av integrerade kretsar, avancerade material
och miniatyriseringstekniken. I detta har kemin varit en
mycket viktig del. AT&T utvecklade mobiltelefoner för
montering i bilar redan 1940. Dessa blev dock inte särskilt
populära. Det var först på 1980-telet mobila telefoner slog
igenom då den trådlösa kommunikationen delades upp i
celler. När användaren rörde sig överfördes samtalet mellan
cellerna så att kapaciteten i cellen man lämnat kunde
återanvändas. Mobiltelefoner blev sedan snabbt populära.
Kemin har även spelat en stor roll för utvecklingen av
laddningsbara batterier. Laddningsbara litiumjonbatterier
sitter numera i de flesta mobiltelefoner.
Faxmaskinen och kopieringsapparaten
Även om den tyska uppfinnaren Arthur Korn skickade den första
bilden elektroniskt 1902 dröjde det till 1924 innan den första
faxmaskinen dök upp på marknaden.
Den använde
telefontekniken för att överföra bilder, sk telefotografi. En bild
skannades och överfördes till elektriska signaler som visade
bildens olika toner (färger). Den elektriska informationen
överfördes via telefonlinjen och sedan till en fotografisk film som
slutligen framkallades. 1949 kom kopieringsmaskinen som
gjorde det möjligt att göra exakta kopior av bilder.
På 1970-talet introducerades flera förbättringar tack vare
framsteg inom kemin. Dessa var t.ex. nya bläck och toners,
avancerade papper och organiska fotoreceptorer.
Telefotografiutrustning
Laser och fiberoptik
Den rena glasfibrer (optisk fiber) som nu utgör grunden
för all datainfrastruktur är ett stort tekniskt framsteg
som revolutionerat vårt samhälle. Det var kemiforskare
som uppfann den optiska fibern 1970. I dessa fibrer
överförs ljussignaler producerade av lasrar. De första
systemet, baserat på optiska fibrer, för överföring av
ljus, data och video installerades redan 1977. Idag kan
en enda optisk fiber överföra miljoner telefonsamtal,
datafiler och videofilmsrutor.
II. Tekniska genombrott inom informationshantering och kommunikation
II.2. Datorteknikutvecklingen
Datorutvecklingen
Kemiingenjörer har bidragit med mycket för att göra datorerna
snabbare, mer kraftfulla och billiga. Den första elektroniska
datorn byggdes 1939 vid Iowa State University i USA.
Programmerbara räknare som använde binära tal och boolsk
algebra började dyka upp på 1940-talet.
Den första
elektroniska datorn, ENIAC, kom 1946 och den första
minidatorn dök upp 1962. 1971 presenterade Intel den
populära processorn 4004 med en 4-bitars processor. Med
den exploderade persondatormarknaden. Utvecklingen av
komponenter i datorerna utvecklas ständigt och en viktig del är
nya och förbättrade avancerade material.
John von
Neumann och
ENIAC
ENIAC
En halvledare av p-typ
(saknar elektroner)
En halvledare av n-typ
(har överskott av elektroner)
Halvledarteknologi
Kunskaper i kemi gör det möjligt att omvandla kisel och
germanium till användbara halvledare vilket krävs för att
datorer och annan IT-utrustning ska fungera. Halvledare är en
typ av material vars ledningsförmåga ökar med ökande
temperatur i motsats till vad som gäller för metaller.
Halvledarna av kisel och germanium är modifierade för att öka
under- eller överskottet av elektroner. Detta görs genom att
tillsätta små mängder av andra grundämnen genom så kallad
dopning. Halvledare gjorde det möjligt att göra elektroniska
komponenter mindre, snabbare och mer energieffektiva.
Kemisternas bidrag till utvecklingen av halvledarteknologin har,
och är, mycket stor. Ett exempel är framställningen av den
superrena kisel som krävs från råmaterialet kvartssand liksom
att växa stora kiselkristaller.
Kiselchips och integrerade kretsar
1947 visade John Bardeen, William Shockey och Walter
Brattain att flödet av elektricitet genom kisel kunde
kontrolleras selektivt. För detta belönades de med
Nobelpriset 1956. Utvecklingen av kiselchips, integrerade
kretsar och mikroprocessorer gjorde dagens snabba och
effektiva datorer möjliga. Ett kiselchip består av transistorer,
resistanser, kapacitanser och minneschip som byggs i en
tunn kiselskiva (wafer). Framställningen är en avancerad
kemisk process i flera steg. Den första handhållna
miniräknaren som använde en integrerad krets kom 1967.
På 1980-talet började man även använda integrerade
kretsar i datorer.
II. Tekniska genombrott inom informationshantering och kommunikation
II.3. Datorteknologiutvecklingen
Monitorer och skärmteknologi
När det gäller datorskärmar har det skett en dramatisk utveckling
de senaste åren. Tidigare användes samma teknik i de
högupplösta färgskärmarna som i de gamla TV-apparaterna, d.v.s.
katodstrålerör. Numera har de platta skärmarna nästa helt tagit
över. LCD-skärmar baserade på organisk molekyler utvecklades
av kemister 1969. Förkortningen LCD står för Liquid Crystal
Display. Utvecklingen innebar att varje bildelement (pixel)
kontrollerades av
en transistor. Kemisterna utvecklade de
organiska molekylerna som fungerar som flytande kristaller,
färgfilter, polymermaterial, polarisationsfilter och liksom teknologin
bakom de så kallade plasmaskärmarna.
Informationslagring
Information måste kunna lagras för att kunna återskapas senare
för att manipuleras eller användas. Framsteg inom kemin har gjort
det möjligt att spara data på olika media som är enkla att använda,
tillförlitliga, av hög kvalité och billiga. Samtidigt har utvecklingen
medfört högre upplösning, snabbare inspelning och möjligheten att
spara färginformation i den utrustning som används för att lagra
ljud, film och foton. Reynold Johnsson i USA var den första att
göra en disk för att lagra data från en dator. Det gjorde han redan
1955 och sedan dessa har stora framsteg gjorts när det t.ex. gäller
hårddiskar, CD- och DVD-skivor. Den första CD- skivan kom 1984
och DVD-skivan 1995.
GPS satellit i
bana runt jorden
Montering of GPS
satellit
Kommunikationssatelliter
Fram till 1960-talet var telefonsamtal mellan
Europa och USA mycket dyra. 1962 skickades den
första kommunikationssatelliten ut i en bana runt
jorden. Den hette Telstar och att den kunde
skickas ut var till stor del kemisternas förtjänst. De
bidrog med utvecklingen av avancerade material
för både satelliten och den elektroniska
utrustningen men också till utvecklingen av bränsle
och den teknologi som behövdes för att skicka ut
satelliten
i
en
bana
runt
jorden.
Kommunikationssatelliter spelade en stor roll för
långdistanstelefoni fram till 1990-talet då den
optiska fibern tog över. Idag spelar satelliterna en
allt större roll när det gäller distributionen av TVprogram. Den sker idag till stor del digitalt direkt till
hushållen.
II. Tekniska genombrott inom informationshantering och kommunikation
II. 4. Underhållningsindustrins tekniska utveckling
Film
Filmen, The Jazz Singer, blev 1929 den första film med
synkroniserat ljud och bild vilket innebar slutet för stumfilmen. I
slutet av 1930-talet kom färgfilmen utvecklad av Technicolor.
För att göra denna utveckling möjlig krävdes ett antal
genombrott inom kemiforskningen. Det gällde t.ex. nya
material och kemiska lösningar liksom en förståelse för vad
som händer när olika kemikalier och material utsätts för ljus.
Nipkowskivan och dess
uppfinnare Paul Nipkow.
Bilden är tagen 1983.
TV
1926 visade skotten John Logie Baird ett TV-program för publik
för första gången. Han använde ett mekaniskt system som
patenterades redan 1883 av Nipkow. Redan året därefter
överförde Philo T. Farnsworth den första TV-bilden genom at
använda ett katodstrålerör. Katodstråleröret uppfanns 1897.
1930- och 1940-talen var
vakuumrörens tidsålder inom
elektroniken där kemisterna bistod med avancerade material
för t.ex. elektrod och kontrollelementen. På 1950-talet kom
många nya genombrott som t.ex. den integrerade kretsen
(1958). Sedan dess har mycket hänt som genombrottet för den
platta TV-skärmen, den fortsatta miniatyriseringen liksom den
ökade funktionaliteten.
Fotografering
Fotografering och filmteknologin gjorde det möjligt att spara
viktiga händelser och personer på bild. Det var kemister som
utvecklade stora delar av teknologin som filmmaterial,
framkallningsvätskor och hur för hur dessa regerar när de utsätts
för ljus. Utvecklingen av batterier har också haft stor betydelse för
kamerans popularitet som t.ex. det alkaliska brunstensbatteriet
som kom på 1950-talet och användes till kameror med inbyggd
blixt. Fram till 1970 hade Eastman Kodak sålt över 50 miljoner av
den populära Instamatic-kameran med den speciella
filmkassetten. Nu har den digitala kameran som använder ett s.k.
CCD-chip för att lagra bildinformationen digitalt nästa helt tagit
över. CCD står för Charge-Coupled Device och består av en
platta med en stor mängd ljuskänsliga halvledare som var och en
mäter ljusintensitet i en punkt.
II. Tekniska genombrott inom informationshantering och kommunikation
II. 5. Elektronikens utveckling
Utvecklingen av konsumentelektronik
Elektroniska komponenter finns idag i oräkneliga produkter som
musikspelare, TV-apparater, datorer, digitalkameror, trådlös
kommunikationsutrustning och i bilar. Från vakuumrör till
transistorer och vidare till integrerade kretsar har kemisterna
bidragit för att göra elektroniken mindre, mer kraftfull, mer
energieffektiv och billigare. Nya material och processer för att
framställa dessa i högren form har kemisterna utvecklat liksom
processer för att tillverka de halvledare som används till olika
komponenter i integrerade kretsar. Dessa hamnar sedan i olika
elektronisk apparater och ger dessa nya och förbättrade
egenskaper.
Avancerade konstgjorda material
Konsumentelektronik, mobiltelefoner och datorer är beroende
av att det finns starka, hållbara och icke ledande
plastmaterial som kan skydda den känsliga elektroniken.
Dessa plastmaterial är mycket viktiga framförallt eftersom
plast inte leder ström, de är isolatorer. Elektronerna som rör
sig i de elektroniska kretsarna kan inte ledas bort av de
molekyler som bygger upp plaster. Genom att manipulera de
molekyler plaster byggs upp av kan nya plastmaterial
framställas. Kemister och ingenjörer har på så sätt fått fram
nya material som är både starka och flexibla vilket bidragit till
att elektroniska produkter blivit mindre, lättare , tåligare och
inte minst billigare.
Transistorns
uppfinnare
Transitorer
Det som bidragit mest till den fantastiska utvecklingen av
olika elektroniska apparater är uppfinningen av
transistorn. Det var 1947 som John Bardeen, Walter
Brattain och William Shockley uppfann transistorn som
sedan gradvis ersatte de stora och sköra vakuumrör som
dittills använts för att förstärka och växla signaler.
Transistorn och därefter utvecklingen av integrerade
kretsar bildar basen för den utveckling vi sett och
fortfarande ser. En integrerad krets är en krets som
innehåller miljoner transistorer som byggts på en och
samma kiselskiva. 1954 introducerades transistorradion
och 1958 hade den amerikanske ingenjören Seymour
Cray byggt den första datorn med transistorer.