Технологии и изобретения в электронике, которые изменили мир

В 20 веке произошел рывок во многих научных областях, которые перевернули рынок и наполнили его совершенно новыми товарами. Все, что мы сегодня покупаем — от калькулятора до смартфона, от активной колонки до большого ЖК-телевизора, — все это продукты научно-технического рывка, произошедшего в 20 веке. Давайте вспомним самые важные научные прорывы, которые навсегда изменили рынок и нашу жизнь.

Между ключевым открытием в науке или гениальным изобретением и тем моментом, когда индустрия производства товаров начинает пользоваться ими и наполняет рынок совершенно новыми товарами, зачастую проходят десятки лет.

Чарльз Бэббидж, создавший механическую вычислительную машину в 1833 году, прообраз современных компьютеров, вряд ли предполагал, что через полтора столетия миниатюрные цифровые вычислительные машины заполнят все ниши рынка — от наручных часов, мультиварок и стиральных машин, и до смартфонов и персональных компьютеров.

Должно было произойти еще немало научных открытий и придумано изобретений, которые, дополняя друг друга, создали почву для революционного переворота рынка. Одним из таких изобретений стало создание транзистора.

Изобретение транзистора

В первой половине 20 века в электронике активно применялись вакуумные лампы, обладавшие рядом серьезных минусов: высокое тепловыделение, ненадежность, большие размеры. В 1947 году усилиями трех ученых фирмы Bell Telephone Laboratories был изобретен первый биполярный транзистор. Ученые У. Шокли, Д. Бардин и У. Брайтен в 1956 году получили за это изобретение нобелевскую премию по физике.

Потенциал этого изобретения был оценен не сразу и вытеснение вакуумных ламп в электронных устройствах транзисторами затянулось надолго. Все поменяло изобретение в 1960 году МОП-транзистора, который стал фундаментом современной электроники. Сокращение МОП означает «металл-оксид-полупроводник», а еще его называют транзистором с изолированным затвором.

Последовавшая следом миниатюризация электронных компонентов перевернула рынок. Громоздкие устройства стали заменяться небольшими и экономичными. Радиоприемники размером с пачку сигарет, электронные наручные часы и карманные калькуляторы в 1970-х годах уже никого не удивляли.

Но главное предназначение транзистора оказалось в возможности создания компактных и быстрых ЭВМ, электронно-вычислительных машин, которые начали бурное развитие в 1960-х годах. В 1970-х годах произошла их минитюаризация за счет применения интегральных микросхем и, как следствие, нарастающий выход на потребительский рынок.

В конце 1970-х и начале 1980-х годов происходит взрывной рост числа различных домашних компьютеров: Apple II, Commodore 64, ZX Spectrum, Atari 400, Amiga 1000. Возможность играть в компьютерные игры, писать электронную музыку и программировать стала доступна каждому. Рынок электронных развлечений, зародившийся тогда, сейчас превратился в многомиллиардную отрасль, которая двигает прогресс в электронной сфере.

Выход в сентябре 2020 года видеокарт линейки Ampere от Nvidia: GeForce RTX 3090, RTX 3080 и RTX 3070, это прямое следствие и развитие тех первых домашних компьютеров с их скромными разрешениями и 8-ю или 16-ю цветами. Технологические наработки, полученные при развитии игровых видеокарт, той же компанией Nvidia вкладываются в развитие устройств искусственного интеллекта, машинного обучения и персональных суперкомпьютеров NVIDIA DGX Station.

Благодаря миниатюризации транзисторов и интегральных микросхем мы имеем сейчас рынок смартфонов, которые быстро нарастили мощность настолько, что сделали ПК ненужным для многих. Смартфон сейчас — это и средство общения, и замена телевизору, и музыка, и игры, и даже работа. Но все это было бы невозможным без миниатюрных систем питания, таких как литий-ионные батареи.

Литий-ионные батареи и мобильная техника

Уже вначале 1980-х годов была возможность делать очень компактные электронные устройства. Например, домашний компьютер ZX Spectrum вполне можно было сделать мобильным, похожим на современные игровые консоли Nintendo Switch, но все упиралось в отсутствие компактных и емких аккумуляторов. Положение дел на рынке мобильной техники тех лет очень хорошо характеризует популярный анекдот про «суперчасы» и чемодан батареек к ним.

Все изменилось в начале 1990-х годов, когда на рынке появились литий-ионные (li-Ion) батареи. Главный вклад в их развитие внесли ученые из разных стран: Джон Гуденоу, Стэнли Уиттингемиз и Акира Ёсино. Разработка велась с конца 1970-х годов, а в 2019 году интернациональный коллектив получил за изобретение литий-ионных батарей нобелевскую премию по химии.

Устройство литий-ионных батарей довольно простое, а эффективность дает подбор уникальных материалов. Грубо говоря, у li-Ion батареи один электрод сделан из графита, а второй — из оксида кобальта. Разделенные полупроницаемой мембраной, электроды взаимодействуют с электролитом, богатым ионами лития.

Литий-ионные батареи оказались нужны везде — в только-только появившихся мобильных телефонах, ноутбуках, часах, калькуляторах и множестве других электронных устройств. Рынок таких девайсов начал бурно развиваться и если сейчас вы оглядитесь по сторонам, то обязательно увидите маленькое электронное устройство с Li-Ion батареей: смартфон, планшет, смарт-часы, калькулятор, ноутбук или беспроводную мышь.

Литий-ионные батареи сейчас переживают апогей своего развития, их все уменьшающийся вес и увеличивающаяся емкость позволяют строить на их основе даже средства передвижения: электро-самокаты, электро-велосипеды, моноколеса и гироскутеры.

Отдельно стоит упомянуть квадрокоптеры, которые совсем недавно появились на рынке. Их создание было невозможно без миниатюризации управляющей электроники и системы питания. Популярные модели могут держаться в воздухе около получаса, производя качественную видеосъемку.

Но прогресс не стоит на месте и в этом году стали появляться новости о создании атомных батарей со сроком службы в 20 и более лет. Представьте, как изменится рынок мобильной техники, если ее больше не надо будет заряжать.

Изобретение жидкокристаллических экранов

Современная мобильная техника немыслима без ЖК-экрана, который позволил кардинально уменьшить размеры и вес устройств. Еще каких-то 15-20 лет назад ЭЛТ-экраны удерживали лидирующие позиции на рынке ПК, мониторов и бытовых телевизоров, но сегодня на этом рынке безоговорочно царствуют ЖК-дисплеи.

А в мобильной технике и миниатюрной электронике — в наручных часах, калькуляторах, небольших информационных дисплеях, ЖК-экраны стали доминировать еще в 70-х годах прошлого века.

Основой ЖК-экранов является вещество цианофенил, которое, находясь в жидком состоянии, имеет свойства, присущие кристаллам. Первые описания подобных веществ сделал ученый Ф. Ренитцер еще в 1888 году, но никто не знал, как применить их свойства на практике.

В 1930 году ученые из британской корпорации Marconi получили патент на их промышленное применение, но рынок еще не был готов к этой революционной технологии. Как и в случае с другими важнейшими изобретениями, время между первыми работающими образцами и массовым появлением на рынке измеряется десятилетиями.

Только в 1960-х годах компания RCA представила прототип наручных часов с ЖК-экраном. Большой вклад в развитие ЖК-экранов внесла корпорация Sharp, выпустив первый в мире калькулятор CS10A с ЖК-экраном в 1964 году. А в 1976 году на рынке появился первый телевизор с ЖК-экраном диаметром 5,5 дюйма и разрешением 160х120 точек.

В 1980-е годы Sharp остается ведущим разработчиком ЖК-экранов, выпустив в 1987 году первый цветной дисплей диаметром 3 дюйма, основанный на технологии STN (Super-TwistedNematic), а в 1988 году — первый в мире цветной ЖК-дисплей диаметром 14 дюймов.

В 1990-х годах начинается бурное развитие рынка ЖК-экранов, изобретаются новые технологии, такие как IPS (англ. in-plane switching). Небольшие дисплеи понадобились везде — в мобильных телефонах, ноутбуках, видеокамерах и фотоаппаратах.

Сегодня ЖК-экраны окружают нас везде, где бы мы ни находились: телевизор, ноутбук, планшет, смартфон, смарт-часы и даже электронный термометр — везде стоит ЖК-экран. Переоценить их воздействие на мобильную электронику трудно — ведь они компактны, дешевы, позволяют создавать сенсорные экраны и потребляют совсем мало энергии.

На рынке сегодня доминируют три основные технологии изготовления ЖК-дисплеев: TN+film, IPS (SFT, PLS) и MVA. Каждая из технологий имеет свои достоинства и недостатки и, судя по всему, еще долго будут соседствовать на рынке.

Изобретение светодиодных экранов

Яркий свет огромных рекламных панелей, который окружает нас в городах, бегущие цифры на табло рейсов в аэропортах и железнодорожных вокзалов, огромные информационные экраны в биржах и на стадионах — это все светодиодные экраны. Уже мало кто помнит времена, когда все эти экраны и вывески создавались на базе громоздких и прожорливых ламп накаливания. Экономичные и недорогие светодиоды заняли рынок быстро и незаметно.

Первые упоминания о светодиодном эффекте были получены в 1907 году от британского экспериментатора Генри Раунда из компании Маркони Лабс. Он описал электролюминесценцию, которая происходит при прохождении тока в соединении металла и карбида кремния, выражающуюся в желтом, оранжевом и зеленом свечении.

И опять прошло почти полвека между изобретением и его первой практической реализацией. Только в 1962 году был выпущен светодиод красного цвета, который можно было использовать в производстве информационных табло. Разработал его ученый Ник Холоньяк для компании General Electric.

Но светодиоды оставались очень дорогими до 1970-х годов, когда их удешевление совпало с радикальным увеличением их яркости и появлением новых цветов свечения.
А в начале 1990-х годов исследователи из компании Nichia Chemical Industries изобретают недорогие диоды синего и белого цветов, за что впоследствии получили нобелевскую премию по физике.

Нельзя не упомянуть о важнейшей нише светодиодов — системах освещения. Светодиоды за последние 10 лет перевернули рынок систем освещения, вытеснив лампы накаливания и галогенные лампы из наших домов. Энергоэффективные диоды теперь стоят почти в каждой лампочке и уличном фонаре. Подсветка ЖК-экранов, лампочки в фонариках — практически любой источник света сегодня изготавливается с применением светодиодов.

Беспроводные сети — пара слов о Wi-Fi

Современный расцвет мобильной электроники был бы невозможен без удобной и надежной связи между устройствами. Сегодня эта роль лежит на Wi-Fi, самом популярном беспроводном стандарте связи. Это самая молодая технология из упомянутых, ведь стандарт Wi-Fi был разработан совсем недавно, в 1998 году, в лаборатории радиоастрономии CSIRO, в Австралии.

Максимальная скорость стандарта Wi-Fi 802.11a в 1999 году составляла внушительные для тех лет 54 Мбит/с. А сегодня, спустя 20 лет, в стандарте 802.11ax скорость доходит до 11 Гбит/с.

За какие-то 10 лет практически в каждой квартире появилась Wi-Fi-точка, которая позволяет нашим мобильным устройствам получать интернет на огромной скорости. Сложные онлайн-игры, видеосвязь, музыка, а тем более — видео высокой четкости на наших смартфонах, все это заслуга Wi-Fi-связи.

Итоги

Анализируя ключевые научные прорывы, которые перевернули рынок электронных устройств, сразу замечаешь два фактора, которые заметно влияют на итоговый результат.

Во-первых, это заметный временной интервал между изобретением и практическим внедрением технологии. Иногда проходит полвека, прежде чем гениальное изобретение начинает приносить плоды. Но, в последние годы этот интервал становится все короче, ведь научно-технический прогресс ускоряется.

А во-вторых, очень заметно такое влияние прорывов в разных областях науки и техники, что потом, спустя несколько десятилетий они, дополняя друг друга, позволяют создать совершенно новое устройство.

И смартфон, с которого, скорее всего, вы читаете этот текст — это и миниатюрные транзисторы в интегральных микросхемах, и мощная li-Ion батарея, и ЖК-дисплей, подсвеченный светодиодами, и Wi-Fi связь, позволяющая получать быстрый интернет без проводов.

Уберите из этой формулы что-то одно, и устройство уже не cможет существовать в том виде, к которому мы все привыкли.

Топ 20 лучших электромобилей в России на 2021 год (рейтинг)

В крупных городах с каждым годом становится все больше электроавтомобилей. Россия заняла 23-е место в рейтинге стран, имеющих инфраструктуру, необходимую для комфортного использования транспортных средств этого типа. Эксперты предполагают, что к 2025 году общее количество электрокаров в РФ будет составлять не менее 150 000. Прочитав данную статью, вы узнаете, какие электромобили стоит купить в России прямо сейчас.

1. Лучшие электромобили, доступные в России на 2021 год
2. Tesla Model S
3. Ford Mustang Much-E
4. Mercedes EQC
5. Tesla Model X
6. BMW iX3
7. Volvo XC40 Recharge
8. Audi e-tron
9. Jaguar I-Pace
10. Porsche Taycan
11. Kia e-Niro
12. Рейтинг недорогих электромобилей на 2021 год в России
13. Peugeot e-208
14. Opel Ampera-e
15. Nissan Leaf
16. Renault Zoe
17. Volkswagen ID.3
18. SEAT el-Born
19. Skoda Enyaq 80x
20. Tesla Model 3
21. Hyundai Kona Electric
22. Kia e-Soul
23. Какой электромобиль лучше купить в России в 2021 году

Лучшие электромобили, доступные в России на 2021 год

Ниже представлены модели, являющиеся лучшими в отрасли. Многие их них стоят довольно дорого, но по эксплуатационным характеристикам эти машины превосходят большую часть продукции, представленной в этом сегменте рынка.

Tesla Model S

Этот автомобиль, оснащенный двигателем мощностью 476 л.с., способен развивать скорость до 250 км/ч. Полностью заряженного аккумулятора емкостью 100 кВт*ч хватает на 610 км непрерывного движения.

Зарядка занимает примерно 420 минут. У этого детища компании «Тесла» есть существенный минус: высокая стоимость. И если в США его можно купить за 81 000 долларов, то на постсоветском пространстве вы с трудом найдете такую машину дешевле $100 000.

Ford Mustang Much-E

Комплектуется 286-сильным мотором, обеспечивающим максимальную скорость в 180 км/ч. На полную зарядку требуется 585 минут, при этом емкость аккумулятора составляет 98.8 кВт*ч, чего хватает для поездки на расстояние до 600 км.

Главным плюсом машины можно назвать то, что внешне она выглядит как полноценный внедорожник, да и достать ее в России проще, чем стать владельцем продукции Tesla. Но по характеристикам «Мустанг» заметно уступает лидеру рейтинга, при том, что стоит те же $100 000.

Mercedes EQC

Мало кому понравится то, что заряжать батарею этой модели емкостью 85 кВт*ч нужно 765 минут. Зато разгоняется она довольно резво — за 5.1 секунды стрелка спидометра дойдет до 100 км. Предельно возможная скорость не превышает 180 км/ч, но запас хода составляет 417 км и мощность силового агрегата в 408 л.с. позволяет перевозить больше грузов, чем на других бюджетных электрических «легковушках».

Правда, стоит он около $100 000, а это, несомненно, минус.

Tesla Model X

Модель представлена в двух вариациях — Long Range и Perfomance. Обе оснащаются батареей на 100 kWh, но у первой запас хода 507 км, а у второй — 487 км. При этом максимальная скорость у Perfomance составляет 261 км/ч, что на 11 км/ч больше, чем у аналога.

Кроме того, вторая версия быстрее разгоняется и имеет 795-сильный мотор, но и цена ее 110 000 евро, в отличие от модификации Range (93 000 евро).

BMW iX3

Казалось бы, из-за стоимости в $77 000 эту модель нельзя отнести к доступным, но понимающие люди знают, что за этот бренд можно смело платить и больше. Его цена всегда оправдана невероятно высоким качеством деталей.

Разгоняется данный электрокар максимум до 200 км/ч, что крайне хорошо в этом сегменте. Запас хода в 440 км, двигатель на 286 л.с., достижение полного уровня зарядки за 480 минут — все это стоит того, чтобы заплатить даже чуть больше.

Volvo XC40 Recharge

Если вы доверяете шведскому качеству и готовы выложить за электрическое транспортное средство не менее 80 000 долларов, то эта машина для вас. Она разгоняется в течение 4.9 секунды до 100 км/ч, что отличный результат даже для бензиновых спорткаров.

Емкость ее батареи — всего 78 кВт*ч, но инженерам удалось добиться того, что этого количества энергии 408-сильному мотору хватает на 425 км хода, при том что заряжается батарея 495 минут.

Audi e-tron

В зависимости от года выпуска и комплектации, купить эту машину можно за 70 — 100 тысяч долларов. Если говорить о модели 2018-го года, то в 2021 году она будет дешевле даже минимальной планки из диапазона, указанного выше.

При этом ее аккумулятор на 95 кВт*ч обеспечивает 446-километровый запас хода, а 408-сильный мотор разгоняет авто максимум до 200 км/ч, чего вполне достаточно для современного ритма жизни.

Jaguar I-Pace

Первый электрокар от концерна «Ягуар Ленд Ровер». В отличие от многих других машин в этом сегменте, он является весьма доступным на постсоветском пространстве. То есть вам необязательно покупать его б/у с третьих рук, вполне легко найдете новый, если готовы выложить 75 000 за такой кроссовер.

Мощность 400 л.с., максимальная скорость в 200 км/ч и запас хода в 470 км на полном заряде батареи емкостью 90 кВт*ч — хорошие показатели. Но есть и весомый минус — заряжается он 810 минут, что почти вдвое дольше, чем у большинства конкурентов.

Porsche Taycan

Спортивный электрокар, способный разгоняться до 250 км/ч, по ходовым характеристикам он может составить конкуренцию лидеру рейтинга от «Тесла». Но запас хода на полной зарядке у него составляет всего 462 км, да и заряжается он 540 минут, что на 2 часа дольше, чем у лучшего авто Илона Маска.

При этом цены предлагают практически настолько же космические: новую электромашину от «Порше» вы не купите дешевле, чем за $110 тысяч.

Kia e-Niro

Заряжается 630 минут, что является явным недостатком, учитывая запас хода всего в 455 км и емкость батареи 67.1 кВт*ч. Двигатель модели имеет мощность 204 л.с. и разгоняет кар максимум до 167 км/ч.

А стоит такая машина 44 500 долларов США. За такие деньги в нашем рейтинге можно найти авто и получше, поэтому данному транспортному средству достается лишь почетное 10-е место.

Рейтинг недорогих электромобилей на 2021 год в России

Ниже представлены электрокары, стоимость которых вполне по карману среднестатистическому автовладельцу в РФ. Ознакомившись с этим перечнем, вы узнаете, какую машину можете себе позволить, если желаете заботиться об окружающей среде и в вашем городе есть необходимая для того инфраструктура.

Peugeot e-208

Лучшее, что можно купить за 30 450 евро. Мощность силового агрегата в 136 л.с. и максимальная скорость в 150 км/ч вряд ли впечатлит вас, как и разгон до 100 км/ч за 8.1 секунды. Зато при емкости батареи в 50 кВт*ч машина заряжается за 465 минут и может проехать 340 км без необходимости «дозаправки».

Opel Ampera-e

Аккумулятор имеет емкость 60 кВт*ч, заряжается полностью за 555 минут. Зарядки хватает на 380 км езды. Максимальная скорость электрокара составляет 150 км/ч при мощности 204 л.с.

Качество комплектующих является чрезвычайно высоким, ведь данную модель выпускает американский бренд General Motors, крайне скрупулезно следящий за своей репутацией. Стоимость машины в России составляет не менее $43 000, что все равно остается заманчивым предложением в сравнении со многими другими на рынке.

Nissan Leaf

Один из самых популярных электромобилей на постсоветском рынке. Развивает скорость в 157 км/ч максимально. 218-сильный мотор дает разгон до 100 км/ч за 7.3 секунды.

Полная зарядка занимает 10 часов, что не очень удобно, хоть и емкость аккумулятора не так велика: 62 кВт*ч. Запас хода авто — 385 км. Стоимость новой машины — $31 000, зато б/у ее можно найти в несколько раз дешевле.

Renault Zoe

Французский продукт разгоняется крайне медленно (до «сотни» за 11.4 секунды), да и максимальной скорости его хватит только для поездок в мегаполисе вроде Москвы, где много пробок (135 км/ч). Это и неудивительно при двигателе в 109 л.с. Зато запас хода у него составляет 395 км, что очень неплохо для данного ценового сегмента. Большим плюсом является невероятно быстрая скорость зарядки — 180 минут.

Цена этого электрокара, в зависимости от новизны и комплектации, варьируется в диапазоне 7 000 — 35 000 долларов США.

Volkswagen ID.3

Первый электромобиль от известного автопроизводителя. Батарея на 82 кВт*ч заряжается за 495 минут и в случае необходимости позволяет без перерыва проезжать 550 км. Недостатком электрокара является не очень мощный двигатель: всего 204 л.с., разгоняющий всего лишь до 160 км/ч максимум. Стоит машина 40 600 долларов, что сравнительно немного и можно отнести к преимуществам.

SEAT el-Born

За 31 — 37.5 тысяч американских долларов можно приобрести электромобиль, заряжающийся за 375 минут и способный на максимальном объеме энергии проехать 420 км. Правда, максимальная скорость его будет всего 160 км/ч, но маневренность не разочарует, особенно если учесть, что до 100 км/ч он разгоняется ровно за 7 секунд.

Skoda Enyaq 80x

Этот полноприводный электрокар оснащен двумя моторами, суммарная мощность которых составляет 265 л.с. Конструкционно он многое взял от неэлектрических автомобилей марки Volkswagen, с которой «Шкода» тесно сотрудничает.

До 100 км/ч он разгоняется за 6.9 секунды. Аккумулятор емкостью 82 киловатт-часов заряжается за 495 минут и позволяет проехать без остановок 460 км. Цена машины достаточно высока, как для таких характеристик — 43 300 евро.

Tesla Model 3

При мощности силового агрегата 449 л.с. развивает скорость в 233 км/ч. На полное восполнение энергии в батарее емкостью 75 кВт*ч требуется 465 минут. На одной зарядке электрокар проезжает 560 км.

Модель может похвастаться способностью разгоняться до 100 км/ч за 4.6 секунды. При таких характеристиках стоит авто совсем недорого: $41 тысячу в США и не менее $55 000 в Российской Федерации.

Hyundai Kona Electric

Оснащается такой же батареей, как и большинство электромашин от Kia — на 67 кВт*ч. Но запас хода при полном заряде у этого корейского кара заметно выше — 480 км.

Время подзарядки составляет всего 420 минут, что на полчаса меньше, чем в среднем по рынку. К недостаткам можно отнести то, что быстрой езды на этом авто не получится: разгоняется до 100 км она 7.9 секунд, а максимальная ее скорость — всего 167 км/ч. Зато цена довольно демократичная: стартует от $36 000.

Kia e-Soul

Цена от 12 000 долларов (б/у) до 38 000 евро новой. Батарея на 67.1 кВт*ч заряжается за 630 минут и дает 452 км безостановочной езды при максимальной скорости 167 км/ч, которую способен развить мотор мощностью 204 л.с.

Разгоняется не очень быстро — лишь за 7.9 секунд может по прямой дойти до 100 км/ч, но за свои деньги это вполне неплохой вариант.

Какой электромобиль лучше купить в России в 2021 году

Если вы хотите купить как можно более дешевую, но сравнительно неплохую электромашину, то выбирайте Peugeot e-208. А тем, кто желает насладиться всеми преимуществами инновационных технологий и может позволить себе не экономить, имеет смысл отдать предпочтение Tesla Model S.

15 лет я ремонтирую разного рода автомобилей, включая такие марки как Ваз, Уаз, Chevrolet, Mazda, Kia и многие другие. Все что связано с коробкой, двигателем или ходовой. Вы можете написать мне свой вопрос ниже в комментариях и я постараюсь развернуто на него ответить.

Источник http://club.dns-shop.ru/blog/t-57-tehnologii/36139-tehnologii-i-izobreteniya-v-elektronike-kotoryie-izmenili-mir/
Источник Источник http://remontautomobilya.ru/top-20-luchshix-elektromobilej-v-rossii.html