II.1. Успехи в создании средств связи Совершенствование телефонной связи С момента изобретения Александером Грейамом Беллом телефона в 1876 г., он стал. - презентация

1 II.1. Успехи в создании средств связи Совершенствование телефонной связи С момента изобретения Александером Грейамом Беллом телефона в 1876 г., он стал непременным атрибутом в жизни современной общества, обеспечивая практически мгновенную связь по всему миру. В 1926 г. состоялся первый двухсторонний телефонный разговор через Атлантический океан. А уже в следующем году между Нью-Йорком и Лондоном была открыта коммерческая телефонная линия (с использованием радио). В 1935 г. компания AT&T (American Telephone and Telegraph Co.) организовала международную телефонную связь. В 1956 г. по дну Атлантического океана был проложен телефонный кабель, а с 1962 г. связь между континентами стала осуществляться через спутники. Сейчас благодаря работам химиков-технологов вместо кабелей с медными проводами можно использовать волоконно-оптические, вместо коммутаторов на телефонных станциях – спутники, а от параллельных телефонах в домах мы шагнули к Интернету. Беспроводная связь Работа сотовых телефонов и пейджеров основана на печатных и интегральных схемах, на современных материалах, на технических средствах миниатюризации. И все это стало возможным благодаря достижениям химии. Еще в 1940-х гг. в лабораториях компании AT&T был разработан мобильных телефон для использования в автомобилях, но из-за отсутствия каналов связи он не получил распространения. Прорыв произошел только в 1980-х гг., когда беспроводные каналы были поделены между сетью сот, которые обслуживаются своими сотовыми станциями и автоматически переключают абонента при его передвижении из одной зоны в другую. После этого сотовые телефоны быстро получили широкое распространение. Химики внесли также большой вклад в разработку заряжаемых литий-ионных аккумуляторов для мобильных телефонов. Фототелеграф и ксерография В 1902 г. немецкий изобретатель Артур Корн впервые передал изображение методом фотоэлектрического сканирования. Однако первый работающий факсимильный аппарата (факс) появился только в 1924 г. В нем для передача изображения осуществлялась по телефонным линиям с использованием фототелеграфа. Для этого изображение на прозрачной подложке сканировалось и преобразовывалось в электрические сигналы, различающиеся для светлых и темных участков. Эти сигналы передавались по телефонной линии на приемный лист – негативную фотопленку, которую потом нужно было проявить в темноте. В 1949 г. появилось ксерокопирование, позволяющее получить точную копию изображения. В 1970-х гг. благодаря химическим разработкам в фототелеграфной связи появились такие новинки как тонеры и чернила, специальная бумага с улучшенными свойствами, а также органические фоторецепторы. Лазеры и волоконная оптика Появление волокон из очень чистого стекла дало возможность передавать информацию с помощью лазерного излучения. Это техническое достижение произвело настоящую революцию. Химики-исследователи получили первое оптическое волокно в 1970 г. Вскоре волоконную оптику стали производить в промышленных масштабах, и она стала неотъемлемым компонентом в системах связи. В 1977 г. впервые по световодной сети были переданы звук, цифровые данные и видеоизображение. Сейчас только один волоконно-оптический кабель может передать миллионы телефонных разговоров, информационных файлов и телевизионных изображений. : Фототелеграф Штекерная коммутационная панель на старой телефонной станции II. Информация и средства связи

2 Постепенное усовершенствование компьютеров Химики-технологи во многом способствовали компьютерной революции. С их помощью компьютеры становятся более быстрыми, более мощными, более доступными. Первая электронная вычислительная машина была создана в 1939 г. в Университете штата Айовы. В 1940-е гг. начали появляться программируемые ЭВМ, с поддержкой операций в двоичной системе и с булевой логикой. В 1946 г. заработала первая электронная цифровая вычислительная машина – ЭНИАК, а первый миникомпьютер появился в 1962 г. В 1971 г. компания Интел выпустила для потребителей 4-битный процессор С этого времени рынок персональных компьютеров начал свой взрывной рост. И сегодня продолжаются усовершенствования транзисторов, кремниевых микросхем, интегральных схем, запоминающих устройств и новых материалов, из которых всё это делается. Технология полупроводников Химики сумели превратить кремний и германий в полупроводниковые приборы, которые работают в наших компьютерах, бытовых приборах и средствах связи. В отличие от металлов, электропроводность полупроводниковых материалов увеличивается с повышением температуры. С помощью специальной химической обработки в этих материалах создают избыток или недостаток электронов. Из таких полупроводниковых материалов изготовлены микросхемы и интегральные схемы в компьютерах. Полупроводники позволили уменьшить размеры электронных приборов, увеличить их быстродействие и снизить потребляемую энергию. Химики, работающие в полупроводниковой промышленности, осуществляют контроль качества, способствуют оптимизации производственного процесса, диагностируют неисправности, принимают участие в разработке новых микроэлектронных приборов. Кремниевые микросхемы и интегральные схемы В 1947 г. исследователи Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн открыли транзисторный эффект – возможность управлять потоком электронов в кремнии. Последующее создание кремниевых микросхем ( чипов ), интегральных схем и микропроцессоров сделали возможным появление современных высокоскоростных эффективных компьютеров. Кремниевые микросхемы, появившиеся в 1961 г., содержат транзисторы, резисторы, конденсаторы и кристаллы памяти. Их располагают слоями на кремниевых пластинках ( вафлях ), а затем подвергают многостадийной химической обработке. В 1967 г. был создан первый портативный калькулятор на интегральной схеме. Это был маленький электронный прибор, содержащий много транзисторов и других деталей. В 1980-е гг. интегральные схемы появились в компьютерах. Джон фон Нейман ЭНИАК II.2. Компьютерные технологии ЭНИАК Полупроводник n-типа (избыток электронов) Полупроводник p-типа (недостаток электронов)

3 II. Информация и средства связи II.3. Компьютерные технологии Технология мониторов и дисплеев В последние годы в технологии производства дисплеев для компьютеров произошли разительные изменения. Для работы цветных графических экранов с высоким разрешением, как правило, требуется телевизионная катодно-лучевая трубка. Другая технология требуется для изготовления дисплеев с плоским экраном для лаптопов и ноутбуков. Разработанные в 1969 г. жидкокристаллические дисплеи работают на органических веществах. Следующим усовершенствованием стали жидкокристаллические дисплеи на тонкопленочных транзисторах; в них каждый элемент изображения – пиксель управляется своими отдельными транзисторами. Именно химики разработали жидкокристаллические материалы, цветные светофильтры, полимерные ориентирующие слои, светораспределяющие пленки из формованного пластика, технологию плазменных дисплеев. Хранение информации Информация в компьютерах должна записываться так, чтобы ее затем можно было при необходимости извлечь и обрабатывать тем или иным способом. Новейшие химические разработки обеспечили высококачественные, недорогие и простые в применении носители информации. Усовершенствования в области записывающих устройств были основаны также на крупных достижениях в области записи информации (более высокое разрешение, повышенная скорость, цвет), технологии фотопленок, магнитной аудиозаписи, цифровом представлении изображений. В 1955 г. американский изобретатель и пионер в области компьютерных технологий Рейнольд Джонсон создал первый дисковый накопитель для хранения данных, полученных при расчетах. В последующем в области хранения данных были сделаны существенные усовершенствования, включая накопители на дисках, магнитные ленты и появившиеся в 1984 г. запоминающие устройства на компакт-дисках – CD-ROM (compact-disk read only memory). Спутники связи До 1960-х гг. голосовая связь между Северной Америкой и другими континентами была очень дорогой. В 1962 г. на орбиту был запущен первый активный спутник связи Телстар. Химики разработали для него конструкционные материалы (металлические сплавы, пластики, другие современные материалы), компьютерное и другое электронное оборудование, а также технологию получения топлива, необходимого для запуска подобных спутников. До 1990-х гг. спутники связи играли главную роль в расширении международных и внутренних дальних телефонных разговоров, а также телевизионных передач. В настоящее время эти спутники обеспечивают расширении телевизионного вещания, в том числе прямое цифровое телевещание на домашние спутниковые тарелки. Спутники GPS на орбите Изготовление спутников GPS

4 II. Информация и средства связи Кино В 1927 г. впервые был снят полнометражный фильм Джазовый певец с синхронизацией пения и диалогов. В конце 1930-х гг. фирма Техниколор усовершенствовала технологию, и в результате были сняты пользовавшиеся большим успехом первые художественные цветные фильмы. Чтобы появилась цветная кинопленка, потребовались серьезные разработки химиков, которые создали необходимые материалы, растворы для проявления, разработали условия освещения при съемке. Телевидение В 1926 г. шотландский изобретатель Джон Логии Бэрд впервые публично продемонстрировал передачу телевизионного изображения. Он использовал механический диск Нипкова, запатентованный еще в 1883 г. В 1927 г. Файлоу Фарнсуорт впервые передал телевизионное изображение с помощью катодно-лучевой трубки (эта трубка была изобретена в 1897 г.). Следующие два десятилетия были временем безраздельного господства в электронике электровакуумных приборов. Задачей химиков было создание уникальных материалов, из которых изготовлены электроды и управляющие сетки электронных ламп. В 1950-е гг. появились новые приборы, в том числе интегральные схемы (в 1956 г.). В следующем десятилетии произошли дальнейшие усовершенствования, появились твердотельные электронно-оптические преобразователи, вся аппаратура стала намного меньшего размера. Фотография Фотография и технология производства пленки позволяет сохранить образы людей и самые важные события в нашей жизни. Химики разработали пленки для всех типов фотоаппаратов. Им нужно было создать новые материалы, различные проявляющие растворы, определить условия освещения. Популярности фотоаппаратов и кинокамер способствовало также усовершенствование аккумуляторов. В 1950-е гг. для маленьких камер со встроенной вспышкой были созданы щелочные оксидномарганцевые аккумуляторы. Новые возможности обработки пленок, использование современных в то время электроники и аккумуляторов позовлили фирме Истман Кoдак выпустить в 1963 г. популярный фотоаппарат Инстаматик с кассетой для фотопленки. К 1970 г. было продано более 50 миллионов таких аппаратов. Диск Нипкова и его изобретатель Пауль Нипков в год патентования своего изобретения. II.4. Индустрия отдыха и развлечений

5 II. Информация и средства связи II.5. Инновации в электронике Развитие бытовой электроники Особо чистые материалы для электронного оборудования и микроэлектронных устройств являются основой для многочисленных современных приборов и устройств, таких как CD-плееры, телевизоры, компьютеры, цифровые камеры, приборы беспроводной связи. Химики- технологи постоянно уменьшали размеры электронных устройств, увеличивали их возможности, делали их менее энергоемкими и более дешевыми. Вначале это были электровакуумные приборы, затем транзисторы, которые уступили место интегральным схемам. Новые материалы для электроники требовалось получать с очень высокой степенью чистоты, а полупроводники нужно было уметь собирать в компактные схемы. Только научившись все это делать, можно было производить транзисторы и интегральные схемы, а из них, в свою очередь, – собирать сложные электронные схемы для самых разнообразных бытовых приборов. Новые синтетические материалы Для бытовой электроники, сотовых телефонов и персональных компьютеров необходимы прочные, долговечные не проводящие ток пластики, которые должны предохранять высокочувствительную электронную начинку. Такие материалы необходимы ввиду их электроизолирующих свойств; электрический ток – это поток электронов, которые не могут свободно передвигаться через молекулярную структуру пластмасс. Химики и технологи умеют управлять молекулярной структурой, а также синтезировать новые молекулы, создавая таким образом прочные и в то же время гибкие материалы. Успехи, достигнутые в этой области, повышает стойкость бытовой электроники к удару, уменьшают ее вес, а также стоимость. Транзисторы Ни одно достижение не способствовало в такой степени соединению в одну систему компьютеров и средств связи, как крошечная, но надежная электронная деталь, которая называется транзистором. Транзисторный эффект открыли в 1947 г. Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли. Постепенно транзисторы заменили большие и хрупкие электровакуумные приборы, которые служили для усиления и переключения сигналов. Транзисторы и созданные затем на их основе интегральные схемы (они содержат миллионы транзисторов) стали основой для развития современной электроники. В 1954 г. появились исключительно популярные транзисторные радиоприемники, а в 1958 г. американский инженер-электрик Сеймур Крей построил компьютер на транзисторах. Изобретатели транзистора