z prawa Amper'aNajodleglejszych wynalazków i odkryć mających swój bezpośredni lub pośredni wpływ na powstanie i późniejszy rozwój elektroniki należy doszukiwać się już dwa i pół wieku przed wynalezieniem elektronu. Oto bowiem w roku 1642 francuski wynalazca B. Pascal skonstruował urządzenie sumujące będące protoplastą dzisiejszych komputerów. Chociaż było to urządzenie czysto mechaniczne, wniosło bardzo ważny wkład w rozwój maszyn liczących. W roku 1672 Niemiec G. W. Leibnitz zbudował urządzenie mechaniczne zwane "kołami Leibnitza" umożliwiające nie tylko w pełni automatyczne dodawanie i odejmowanie, ale również mnożenie i dzielenie liczb. Rok 1728 zapisał się w historii informatyki debiutem karty perforowanej. Pierwszy maszynowy nośnik do przechowywania dużej ilości danych znalazł zastosowanie w... automatycznym krośnie tkackim. Ten nie do końca skuteczny pomysł został udoskonalony dopiero w 1798 w postaci kierowanych dziurkowanymi kartami "krosien Jacquarda". Właśnie kartami perforowanymi posłużył się Ch. Babbage przy wprowadzaniu danych do swej maszyny analitycznej (Analytical Engine). Były to pierwsze próby generowania kilku wyników jednocześnie. Pomimo udanej konstrukcji mechanicznej maszyny Difference Engine (1821) Babbage musiał porzucić prace nad udoskonaleniem swego wynalazku, gdyż zabrakło mu pieniędzy. Rys. 1 przedstawia Analytical Engine, a rys. 2 Difference Engine [50].
W roku 1745 Cuneus i Muschenbrock w Leyden (Holandia) wynaleźli butelkę (czy raczej słoik) lejdejską, będącą de facto pierwszym kondensatorem. Początkowo był to słoik wypełniony wodą, następnie była to folia metalowa przedzielona dielektrykiem. Były to doświadczenia niezwykle niebezpieczne, których życiem omal nie przypłacił sam Muschenbrock. Butelkę lejdejską przedstawiają rys. 3 oraz rys. 4 [1].
Po serii doświadczeń z użyciem latawca, w latach 1746 - 52 B. Franklin wysunął teorię, iż piorun jest formą wyładowania elektrostatycznego. W dalszych latach dzięki jego pomocy napełniał butelki lejdejskie, a następnie zbudował kilka generatorów elektrostatycznych, z których jeden jest pokazany na rys. 5. Symbolika "+" oraz "-" używane do chwili obecnej dla określenia dodatniego i ujemnego bieguna napięcia przejęte zostały właśnie od Franklina, który jako pierwszy użył tego oznaczenia [1].
Dopiero jednak koniec wieku osiemnastego i początek wieku dziewiętnastego miał bezpośredni wpływ na powstanie elektroniki. W roku 1780 Włoch L. Galvani odkrył akcję galwaniczną po serii doświadczeń z udziałem m.in. żab i reakcją ich systemów nerwowego i mięśniowego na obecność napięcia elektrycznego (pośrednio dzięki niemu powstała książka Frankenstein Mary Shelley, która była pod silnym wrażeniem doświadczeń Galvaniego). Dwadzieścia lat później, w roku 1800 A. Volta wynalazł ogniwo zdolne do wytworzenia napięcia 0.75 V. Ogniwo to przedstawia rys. 6. Po tym wynalazku umożliwiającym wytwarzanie prądu elektrycznego nastąpiła cała seria odkryć związanych z elektrycznością, a także stopniowo powstawały fundamenty teoretyczne elektrotechniki. W roku 1820 duński fizyk H. C. Oersted zademonstrował eksperyment polegający na zachowaniu się igły kompasu w obecności przewodnika z prądem oraz opracował artykuł będący zalążkiem elektromagnetyzmu (kompas Oersted'a przedstawia rys. 7). Sześć lat później powstało jedno z fundamentalnych praw elektroniki: prawo Ohma. Na podstawie szeregu pomiarów G. S. Ohm wyznaczył zależność pomiędzy rezystancją, napięciem a prądem elektrycznym: E = IR. Co ciekawe, jego odkrycie zostało przyjęte bardzo chłodno, a minister edukacji w Prusach stwierdził "profesor, który opowiada takie herezje nie jest godzien, aby uczyć kogokolwiek". Aparatura wykorzystana przez Ohma w jego badaniach przedstawiona jest na rys. 8 [1].
W roku 1831 kolejny wielki fizyk francuski M. Faraday dokonał odkrycia indukcji elektromagnetycznej wykorzystując między innymi wcześniejsze obserwacje Oersteda. Na podstawie systematycznych badań oddziaływań elektromagnetycznych opracował w latach trzydziestych nie tylko opisy teoretyczne tych zjawisk, ale także pierwsze modele silnika elektrycznego, prądnicy i transformatora. Wprowadził również pojęcie pola jako obszaru działania sił elektrycznych i magnetycznych. Rys. 9 przedstawia induktor Faraday'a, a rys. 10 transformator jego autorstwa. Faraday uważany jest za odkrywcę indukcji magnetycznej, jednak to J. Henry rok wcześniej, bo w 1830 odkrył to zjawisko. Brak jakiejkolwiek publikacji na ten temat spowodował, iż palmę pierwszeństwa przyznano Faraday'owi. Rys. 11 przedstawia elektromagnes używany przez Henry'ego do doświadczeń nad indukcją [1].
Niemal od początku XIX wieku podejmowano próby wykorzystania prądu elektrycznego do przesyłania informacji. Przez podłączanie i odłączanie baterii na jednym końcu przewodu można było wysyłać informację, którą odbierano na drugim końcu. W latach dwudziestych opracowywano nawet specjalne kody wymagające użycia kilku przewodów i kilku galwanometrów po stronie "odbiorczej". Istotnym krokiem naprzód było opracowanie przez S. Morse'a w roku 1837 znanego do dziś kodu kropkowo - kreskowego, który został pomyślnie wykorzystany w telegrafii. Jeden z pierwszych telegrafów przedstawia rys. 12 [53].
W roku 1845 dwudziestojednoletni Niemiec G. R. Kirchhoff wydał dwa fundamentalne, obok prawa Ohma, prawa określające zachowanie się obwodów elektrycznych. Pierwsze z nich mówiło, iż suma prądów wpływających i wypływających z jakiegokolwiek punktu w obwodzie jest sobie równa, drugie natomiast, iż w obwodzie zamkniętym suma spadków napięć na poszczególnych elementach jest równa sumie sił elektromotorycznych w danym obwodzie. Prawa te wynikały bezpośrednio z wcześniej opublikowanych zasad zachowania energii oraz zachowania ładunku [1].
Bazując na wcześniejszych odkryciach Faraday'a, w 1865 roku brytyjski fizyk J. C. Maxwell opublikował pracę formalizującą teorię pola elektromagnetycznego pod nazwą "On Faraday's Lines of Force". Znamiennym jest fakt, iż w tym okresie ogromna większość naukowców nie dawała wiary teorii pola Faraday'a, jednakże na przełomie lat 1865 - 1873 Maxwell wykazał za pomocą 20 prostych równań naturę pola elektrycznego i magnetycznego. W roku 1873 wydał publikację "Electricity and Magnetism", w której zawarł cztery równania opisujące zależności elektryczne i magnetyczne oraz wysunął hipotezę, iż światło widzialne jest falą elektromagnetyczną i jest tylko fragmentem szerokiego spektrum. Anegdota mówi, iż pewnego dnia, będąc w tawernie ze swoim przyjacielem, Maxwell nagle zakrzyknął: "To jest to!", po czym zaczął wyprowadzać wzory na obrusie, który następnie wziął ze sobą. Oto równania zawarte w tej publikacji:
z prawa Amper'a
z prawa indukcji Faraday'a
z prawa Gauss'a
jednorodność pola magnetycznego [1].
W ciągu XIX wieku poznawano stopniowo zjawiska przewodnictwa elektrycznego. Dość wcześnie zauważono zależność, iż przewodność elektryczna metali zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury. Jednak w roku 1833 Faraday odkrył, iż siarczek srebra lepiej przewodzi w wyższej temperaturze, a w roku 1850 rezystory o wartościach zależnych w sposób nieliniowy od temperatury określone zostały jako termistory. Zauważono również wpływ oświetlenia na przewodnictwo niektórych substancji (słabo przewodzących). W roku 1873 F. Braun badał styk ostrza metalowego z kryształkiem tzw. galeny cynkowej i stwierdził, że prąd płynie przez ten styk znacznie łatwiej w jednym kierunku niż w drugim. Pod koniec wieku XIX badano szczególnie intensywnie zjawiska elektryczne w rozrzedzonych gazach. Szczególnie ważne dla dalszej historii okazały się odkrycia T. A. Edisona, który w roku 1876 wynalazł żarówkę (rys. 13), a potem starał się ją udoskonalić. W trakcie tych prac badał między innymi model żarówki z dodatkową elektrodą metalową umieszczoną obok zasadniczego włókna. Okazało się, iż przez dodatkową elektrodę płynie prąd, ale jedynie wtedy, gdy połączymy ją z dodatnim biegunem napięcia. Edison nie zajął się bliżej tym odkryciem, zresztą nikt w tym czasie nie umiał tego efektu sensownie wyjaśnić. Będąc częściowo głuchym, Edison żywo interesował się problemem zapisu i reprodukcji mowy. Po wielu eksperymentach, w roku 1877 wynalazł Phonograph (gramofon). Był to walec owinięty folią, do którego przyłożona była igła, po pokręceniu korbą, można było dźwięk zapisywać, a następnie odtwarzać. Rys. 14 przedstawia gramofon Edisona [53].
W latach pięćdziesiątych podjęte zostały próby przesyłania tonów muzycznych, co oczywiście wymagało opracowania pierwszych słuchawek i mikrofonów. Naturalnym następstwem były próby przekazywania głosu ludzkiego. Pierwszy model takiego urządzenia został opracowany przez G. Bella i zgłoszony w amerykańskim Urzędzie Patentowym w 1876 roku. Telefon Bella był bardzo prosty. Składał się z dwóch przetworników elektromagnetycznych, które służyły jednocześnie za słuchawkę i mikrofon, przyłączonych przewodem i zasilane baterią. Był on niewygodny i ciężki (ponad 1 kg) i miał niewielką skuteczność, mimo to wywołał bardzo wielkie zainteresowanie i stał się początkiem nowej dziedziny, zwanej telefonią. Rys. 15 przedstawia jeden z pierwszych telefonów [50].
W roku 1888 N. Tesla, będący w tym czasie współpracownikiem Edisona, zademonstrował swój wynalazek, będący pierwszym silnikiem elektrycznym (rys.16). Wynalazek ten kupił następnie G. Westinghouse, który na jego podstawie zbudował elektrownię na wodospadzie Niagara. W następnych latach Tesla rozwinął swój wynalazek oraz opracował szereg innych, m.in. generatory z iskiernikami elektromagnetycznymi, rotacyjnymi, gazowymi, transformatory, a w roku 1905 zademonstrował zdalnie sterowaną łódź Wynalazki te miały szczególne znaczenie dla rozwoju przemysłu oraz znacznie poszerzały znikomą wówczas wiedzę odnośnie prądu zmiennego [1].
Do pomysłu z kartami perforowanymi powrócił w roku 1884 H. Hollerith. Obserwując konduktora dziurkującego bilety, wymyślił kartę perforowaną do zapisu dużej ilości danych. Wynalazek ten zatriumfował podczas spisu mieszkańców USA w 1890 roku. Karty perforowane pozwoliły wreszcie magazynować nawet bardzo skomplikowane operacje na nośnikach wielokrotnego odczytu. Ich obsługa była znacznie szybsza i znacznie bardziej efektywna, a pieniądze przeznaczane przez przedsiębiorców na reorganizację firm pod kątem nowego wynalazku, zwracały się w dwójnasób. Popularność pomysłu Holleritha pozwoliła mu założyć dobrze prosperującą fabrykę produkującą dziurkarki, urządzenia sortujące i opracowujące karty, która została następnie sprzedana innej firmie. Wkrótce przedsiębiorstwo to rozrosło się w olbrzymie konsorcjum pod nazwą International Business Machines, znane dziś pod nazwą IBM. Rys. 17 przedstawia urządzenie Holleritha wykorzystujące karty perforowane [55].
W celu potwierdzenia hipotezy Maxwella odnośnie istnienia fal elektromagnetycznych w przestrzeni, niemiecki naukowiec H. R. Hertz przeprowadzał wiele eksperymentów. W roku 1887 udało mu się doświadczalnie hipotezę tę potwierdzić. W swoich eksperymentach wywoływał przeskok iskry w iskierniku obwodu nadawczego (rys. 18), rezultatem czego był przeskok mniejszej iskry, w znacznie mniejszej przerwie iskrowej, w umieszczonym w pobliżu obwodzie. Badaniami Hertza zainteresował się Włoch G. Marconi, który doświadczenia te kontynuował. W celu usprawnienia aparatury Hertza zbudował koherer, który był wypełnioną opiłkami metalu rurką szklaną, do której z obydwu stron wprowadzono elektrody. Gdy zasięg między nadajnikiem a odbiornikiem wyniosła około 2 km, zdecydował się zainteresować wynalazkiem Ministerstwo Poczt i Telegrafów, jednakże bez rezultatu. Miało to miejsce w 1895 roku. Rozczarowany, po przeprowadzce do Anglii, w 1897 roku założył spółkę "Wireless Telegraph and Signal Company Limited". Pod koniec roku zasięg wyniósł już 30 km. Nadajnik Marconiego przedstawia rys. 19 [42].
Niezmiernie doniosłym osiągnięciem elektroniki w zastosowaniu do medycyny oraz metalurgii było odkrycie promieni X w roku 1895 przez niemieckiego naukowca W. C. Roentgena, za które otrzymał w roku 1901 Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Rys. 20 przedstawia pierwsze zdjęcie rentgenowskie wykonane w 1896 roku [1].
W trakcie badań zjawisk elektrycznych w rozrzedzonych gazach zauważono między innymi ciekawe właściwości tzw. promieni katodowych. W bańce próżniowej, po przyłożeniu napięcia kilku tysięcy woltów między elektrody A i K, otrzymano na ekranie fluoryzującym "ślad" padających promieni (rys. 21). W wyniku licznych badań wpływu pola elektrycznego i magnetycznego na zachowanie się promieni katodowych, a także na skutki umieszczania przesłon, z których najważniejsze przeprowadzili Thomson, Wiechert i Kaufmann, poznano właściwości tych promieni i usiłowano wyjaśnić ich naturę. Przypuszczano, iż są to fale elektromagnetyczne albo strumień atomów pochodzących z materiału katody lub ze szczątkowej atmosfery w naczyniu. W owym czasie panował pogląd, że najmniejszymi, niepodzielnymi cząstkami materii są atomy poszczególnych pierwiastków. Poprzez pomiary odchyleń promieni katodowych w polu elektrycznym i magnetycznym oszacowano stosunek masy cząstek składających się na promieniowanie do ich ładunku. Zestawiając to z wnioskami z praw elektrolizy Faradaya i zakładając, że cząstki te przenoszą elementarne porcje ładunku, Thomson wyliczył, że ich masa musi być wielokrotnie (według ówczesnych szacunków około 2 - 4 tys. razy) mniejsza od masy najlżejszego ze znanych atomów. W roku 1897 Thomson zdecydował się na odważną hipotezę - ogłosił, że odkrył nowy rodzaj cząstek o bardzo małej masie i ujemnym ładunku, i że jest to nie znany wcześniej stan materii. Thomson postulował, iż odkryte przez niego cząstki występują w atomach różnych pierwiastków, a w serii publikacji wyjaśnił wszystkie właściwości promieni katodowych, na gruncie zaproponowanej teorii. Dla odkrytych w ten sposób cząstek przyjęto istniejącą już wcześniej nazwę "elektron" [53].
Znaczenia odkrycia elektronu można odnieść do elektrotechniki, a także do fizyki ogólnej. W elektrotechnice, dzięki wprowadzeniu pojęcia elektronu udało się wyjaśnić cały szereg zjawisk przewodzenia prądu opisanych wcześniej. Elektrotechnika znalazła w ten sposób drugi solidny fundament - obok teorii pola elektromagnetycznego stworzonej przez Maxwella. Znaczenie elektronu dla fizyki ogólnej polegało na tym, że była to pierwsza rozpoznana cząstka elementarna i dzięki koncepcji elektronu można było tworzyć modele budowy wewnętrznej atomu [53].
