שלום,
נראה שכבר הכרתם את אאוריקה. בטח כבר גיליתם כאן דברים מדהימים, אולי כבר שאלתם שאלות וקיבלתם תשובות טובות.
נשמח לראות משהו מכם בספר האורחים שלנו: איזו מילה טובה, חוות דעת, עצה חכמה לשיפור או כל מה שיש לכם לספר לנו על אאוריקה, כפי שאתם חווים אותה.
»
«
איך פועלת הסוללה החשמלית?
הסוללה החשמלית, או "בטריה" כמו שקראו לה פעם, מכילה חומרים כימיים שיוצרים חשמל.
את הסוללה החשמלית, המייצרת חשמל באמצעים כימיים, המציא בשנת 1800 הממציא האיטלקי אלסנדרו וולטה.
התהליך הכימי ותכונות החומרים הכימיים שבסוללה, חומרים שיש ביניהם הבדל פוטנציאלי, מאפשרים לה לייצר חשמל בזרם ישר.
הבעיה היא שעם השימוש בסוללות חשמליות כאלה, החומרים הכימיים שבהן מתרוקנים מהתכונות שלהם. במצב כזה הסוללות אינן פעילות יותר ונזרקות ומזהמות את העולם מאוד.
זו הסיבה שלצד הסוללות הרגילות הללו ובהמשך גם מתוך כוונה להחליפן החלו משתמשים בסוללות נטענות, טכנולוגיה עדיפה, מכיוון שסוללות כאלה ניתן לטעון שוב ושוב ולהשתמש בהן בחיסכון ותוך שמירה על כדור הארץ.
כך פועלות הסוללות (מתורגם):
https://youtu.be/9OVtk6G2TnQ
עוד על דרך הפעולה של הסוללה החשמלית:
http://youtu.be/gWKOjncBMCQ
ודרך מעניינת ליצור סוללה חשמלית מלימון:
http://youtu.be/D23JH30ZMK0
מהו הברק ואיך הוא נוצר?
מה ההבדל בין זרם ישר וזרם חילופין?
ודאי ראיתם פעם את הצירוף AC/DC. הכוונה היא כמובן לא ללהקת הרוק בשם זה, אלא לסימון שמופיע על מתקני חשמל ושעל שמו קראה לעצמה הלהקה.
מתקני החשמל שאנו מכירים מופעלים או על ידי זרם ישר (DC) או על ידי זרם חילופין (AC).
#זרם ישר
בזרם ישר (DC) נעים האלקטרונים בכיוון אחד כל הזמן. מי שגילה את זה היה הממציא האמריקאי המפורסם תומס אלווה אדיסון.
גם בימינו הוא שימושי. זרם ישר הוא זרם שאנו שואבים למשל מהסוללה, שיש לה שני קטבים: מינוס (-) ופלוס (+).
זה עובד כך: בקוטב הראשון יש עודף אלקטרונים. אם מחברים אליו מוליך חשמלי, כמו חוט מתכת או אפילו מים, האלקטרונים עוברים לאורכו של המוליך, לכיוון הקוטב השני, שבו יש חסר אלקטרונים.
האלקטרונים, בדרכם מקוטב לקוטב, מפעילים נורת חשמל, תנור או מכשיר רדיו וכדומה. זה די פשוט. הממציא המפורסם אדיסון הוא שהמציא את נורת החשמל ושלל מכשירי חשמל נוספים, שכולם פועלים בזרם ישר.
הזרם הישר הוא העדיף גם במכוניות, שם יש דינמו המייצר חשמל מתנועת המנוע ומצבר שצובר את החשמל ומאפשר להפעיל את המכונית.
#זרם חילופין
בזרם החילופין (AC) האלקטרונים משנים את כיוון התנועה שלהם, בכבל המוליך למשל, עשרות פעמים בשניה. 50 או 60 הרץ, לדוגמה, אומרת ש-50 או 60 פעמים בשנייה מתחלף כיוון התנועה של האלקטרונים.
המנוע על בסיס זרם חילופין שפיתח טסלה הגדיל את המתח בכבלים באופן דרמטי, לא פעם לרמה של עשרות אלפי וולט. בכך הוא הקטין מאוד את עוצמת הזרם ומזער את אובדן החשמל, בדרכו מתחנת הכוח אל הצרכן.
במנוע של טסלה לא היה מגע בין החלקים השונים ובניגוד למנוע של אדיסון לא היו ניצוצות. יתרון טכנולוגי משמעותי, שנראה לאנשים כמעט מיסטי.
יתרון נוסף בשיטת זרם החילופין היה שכבלי החשמל כמעט ולא מתחממים. זה אפשר לבנות רשת חשמל מכבלי נחושת דקים וזולים הרבה יותר ולהביא את החשמל במהירות עצומה לכל פינה בעולם.
ממציא זרם החילופין, טסלה, היה צעיר מאדיסון. בתקופה מסוימת הוא עבד אצל אדיסון, אך הפך למתחרהו.
טסלה עבד על היחס שבין שדה מגנטי למעגל חשמלי. מתצפית שערך, הוא ראה שסליל דומה המתקרב למגנט, יוצר בו לרגע זרם חשמלי. הוא ניחש שבמעגל חשמלי מסתובב בשדה המגנטי, יופיעו בו הבזקי חשמל. תדירות המבזקים תלויה במהירות הסיבובים. הוא גם גילה שהאלקטרונים נעים בכיוון אחד בהבזק ראשון, ועם הסיבוב הבא נעים בכיוון ההפוך.
טסלה קרא לזרם החולף בסליל המוליך "זרם חילופי" (או מתחלף) ולמכשיר שמייצר אותו הוא קרא גנרטור.
עוד גילוי חשוב שלו היה השנאי. אם נעביר זרם חילופין בסליל עם שדה מגנטי, תיווצר השראה מגנטית שמעבירה חשמל לסליל שני, המבודד ממנו. המכשיר הזה נקרא שנאי. אם בסליל השני יש פי שתיים כריכות מהראשון, יהיה המתח החשמלי שיופק בו כפול.
כיום AC, שהוא זרם חילופין, הוא סוג החשמל שאנו משתמשים בו ברשת החשמל הביתית והתעשייתית. המתח בסוללה פשוטה הוא 1.5 וולט ואילו ברשת הביתית בישראל הוא 220 וולט, שזה פי 150 כמעט (בארה"ב משתמשים בדרך כלל במתח ביתי של 110 וולט, ובישראל 220 וולט - שם מספר התנודות לשנייה הוא 60, לעומת 50 אצלנו).
החשמל נוצר בתחנות כוח, בטורבינות רוח ובמפלי מים במתח עילי של עד ל- 220,000 וולט, פי אלף מהמתח הביתי. משם הוא מועבר ברשת בין-עירונית, באמצעות חוטי נחושת בעובי לא גדול. המתח החשמלי האדיר הזה מוקטן באמצעות שנאי, למתח הביתי הקטן בהרבה.
השנאי, שהיום מכנים אותו לא פעם "ספק כוח", הוא גם זה שמאפשר להשתמש בזרם חילופין עבור מכשירים מבוססי זרם ישר. השנאי מקטין את המתח ומשנה את הזרם מהשקע שבקיר מזרם חילופין לזרם ישר.
הנה ההבדל שבין זרם ישר וחילופי:
https://www.youtube.com/watch?v=BcIDRet787k
סיפור התחרות שבין שני הגאונים – אדיסון וטסלה, על השיטה הרצויה:
https://www.youtube.com/watch?v=ZInLPe_bezQ?long=yes
וסיפורו של טסלה הגאון שהמציא את מערכת החשמל שלנו ועוד המון המצאות (עברית):
https://youtu.be/mCQZO7J8FaI?long=yes
מה זה חשמל סטטי?
קרה לכם שפשטתם סוודר ושמעתם קולות חשמליים קטנים? נגעתם פעם במכונית והיה מעין ניצוץ או ברק קטן? - נעים מאד! היכרתם את החשמל הסטטי?
אין סכנה בחשמל הסטטי. חשמל סטטי הוא מיטען חשמלי שנוצר כששני חומרים מתחככים ואלקטרונים עוברים מאחד לשני. המטען החשמלי שנוצר הופך את החומר שאיבד אלקטרונים לחומר שטעון במטען חיובי ומקבל האלקטרונים ייטען במטען שלילי.
כך נוצר החשמל הסטטי (מתורגם):
https://youtu.be/yc2-363MIQs
כמה קסמים נחמדים שאפשר לעשות עם חשמל סטטי:
https://youtu.be/ViZNgU-Yt-Y
מחולל ואן דה גראאף שיוצר חשמל סטטי (עברית):
http://youtu.be/Ii1UifBoTb0?t=14s
תכנית נהדרת על חשמל סטטי לילדים (עברית):
https://youtu.be/mlKydkqIlX0
ראו מה חשמל סטטי יכול לעשות לשיער:
http://youtu.be/aO-phqmyqdY
וסרטון הדרכה לשימוש בחשמל סטטי כדי להזיז דברים (עברית):
http://youtu.be/Fd8JigRWbQ4
מה זה גנרטור ואיך הוא פועל?
גנרטור (Generator), בעברית: מְחוֹלֵל, הוא מכשיר שמשתמש באנרגיה כדי לסובב מנוע ולייצר חשמל. בעזרת הגנרטור אנו מייצרים חשמל.
הגנרטור ממיר אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית. הפעולה נעשית על ידי שימוש במקורות אנרגיה כמו בנזין או דיזל, שמאפשרים לסובב מנוע.
יש גם גנרטורים שמופעלים מכוח הרוח, כמו תחנות רוח, או מלחץ מים, כמו הטורבינות שמייצרות חשמל בסכרים ובמפלים רבים. שם כוחות הטבע הם מקור האנרגיה, שמסובבים מגנט במהירות גדולה ומייצר חשמל.
#שימושים בגנרטור
בגנרטור משתמשים במקרים בהם אין גישה לרשת החשמל או שהנגישות מוגבלת ופגומה. כמו במקרים של צורך בחשמל קבוע, שאינו נפסק ושרשת החשמל לא מסוגלת לספק, בשל תקלות והפסקות חשמל רבות. כאלו המקרים, למשל, במתקנים ביטחוניים, בבתי חולים וכדומה.
שימוש שכיח נוסף בגנרטור הוא לצורך עבודה במקומות בהם אין חיבור לרשת החשמל. כך למשל מקיימים אירועים בטבע או בשטחים פתוחים. באירועים כמו מסיבות או הופעות, מפעילים בעזרת הגנרטור מערכות הגברה, תאורה, מזנונים ומערכות קירור וחימום של מזון.
שימוש נוסף בגנרטור הוא בטיולי שטח, שבהם הלינה והשהות בלילה מתאפשרת על ידי הפעלת גנרטור. תאורה, הכנת אוכל, השמעת מוסיקה וכדומה - כל אלו מקבלים חשמל ממנו.
#איך הגנרטור מייצר חשמל?
שיטת הפעולה של הגנרטור היא מעניינת - בשנת 1831 גילה המדען הבריטי מייקל פאראדיי שהזזה של מגנט ליד מוליך חשמלי כלשהו, כמו כבל חשמלי מלופף למשל, מייצרת מתח חשמלי. השיטה הזו מייצרת שדה מגנטי.
שיטתו של פאראדיי משמשת עד היום לייצור מרבית החשמל בעולם, באמצעות גנרטורים ומנועים חשמליים, המייצרים את השדות המגנטיים, הנחוצים לייצור חשמל.
הגנרטור משתמש בעיקרון הזה כדי לסובב מגנט בתוך מוליך חשמלי שמסביבו.
כשהמגנט, בעל שני הקטבים, מסתובב בגנרטור בתוך סליל חשמלי, שהוא בעצם מוליך חשמלי מלופף. תוך כדי הסיבוב נוצר בין שני הקצוות של הסליל מתח חשמלי.
בכל פעם שאחד הקטבים של המגנט, קוטב הפלוס או קוטב המינוס, מתקרב לקצה אחד של המוליך, נדחפים כל האלקטרונים שלו לאותו קוטב, בעוד הקצה השני נשאר ללא אלקטרונים. כך הופך הסליל למקור מתח חשמלי. את התנועה הסיבובית של המגנט בתוך הסליל החשמלי, מייצר המנוע של הגנרטור. כך מייצרים הגנרטור והטורבינה הגדולה ממנו, את החשמל.
הנה הדגמה של יצירת חשמל בהזזת מגנט אל מול כבל חשמלי (עברית):
https://youtu.be/6m5wu1itNQA
חידה על גנרטור (עברית):
https://youtu.be/dgD-qLY0XIw
כך משתמשים בעיקרון הפעולה של הגנרטור בשיטות שונות לייצור חשמל (עברית):
https://youtu.be/mPMyyAwrDJ8
למשל בתחנת רוח, שבה הרוח היא הכוח שמסובב את הגנרטור ומאפשרת לו לייצר חשמל:
https://youtu.be/qSWm_nprfqE
או בתחנות כוח שכדי לייצר חשמל עם גנרטור מתבססות על זרימת המים:
https://youtu.be/q8HmRLCgDAI
האם יש חשמל בטבע?
יש חשמל בטבע ואנו מכירים אותו היטב. הברקים שמבזיקים בשמיים בחורף הם בעצם הבזקי חשמל ענקיים.
החום שהברקים יוצרים הוא כה גדול, שפגיעת ברק יכולה לגרום לשריפה גדולה. לשמחתנו פגיעה כזו של ברק לא מתרחשת הרבה. עם זאת, ההתחממות הגלובלית מאיימת להגדיל יותר ויותר את כמות הברקים בעולם, בשל הצטברות של אנרגיה באטמוספרה.
הנה סרטון על הברק, הרעם והחשמל שביניהם:
https://youtu.be/Cz_uYBx1G5s
הסבר חשמלי לברק ולרעם:
https://youtu.be/fzNk4w2k2h0
וההסבר המדעי של תופעת החשמל (עברית):
https://youtu.be/-l8n-77M_yQ
איך פועלת טעינה אלחוטית?
טעינה אלחוטית (Wireless charging) היא טכנולוגיה שמאפשרת לטעון מכשירים חשמליים ללא חיבור חוטי. למעשה, הטכנולוגיה הזו מאפשרת מעבר של חשמל ממקום למקום "דרך האוויר".
כיצד ניתן להעביר חשמל באוויר?
ובכן, הטעינה האלחוטית מתבססת על השראה אלקטרומגנטית. זהו עיקרון פיזיקלי שמאפשר לשני סלילי נחושת, המוצבים במרחק זעיר זה מזה, להעביר חשמל מאחד מהם, הטעון בזרם חילופין, אל השני. האחראי להעברת האנרגיה החשמלית באופן אלחוטי הוא השדה המגנטי שנוצר בין הסלילים.
ממש כמו ששידורי הרדיו משודרים ונקלטים דרך האוויר, במקלטי הרדיו המצויידים באנטנה, כך "נקלטת" אנרגיה חשמלית, באופן אלחוטי ובאמצעות השראה אלקטרומגנטית, ממכשירים ה"משדרים" חשמל דרך האוויר, אל מכשירים שיש בהם "מקלט" של אנרגיה כזו.
ההיסטוריה של הטעינה האלחוטית היא עתיקה למדי, שכן הטכנולוגיה הזו מתבססת על פיתוחים מהמאה ה-19, בין השאר של חוקרים וממציאים גאוניים, כמו מייקל פאראדיי וניקולה טסלה, שיצר בשנת 1891 את סליל טסלה, שנאי תהודה שמייצר זרם חילופין חזק במתח חשמלי גבוה והפך לאבן יסוד במערכת החשמל המודרנית.
כך פועלת טעינה אלחוטית ומי יוצריה:
https://youtu.be/5cILFl0tzpI
הסבר טכני:
https://youtu.be/-Wf7aadxBkE
אפילו חברת איקאה הוציאה סדרת רהיטים שטוענים אלחוטית:
https://youtu.be/Uwmm_NCKSps
ומעט על האמת על הטעינה האלחוטית של הטלפונים:
https://youtu.be/iOVg62_DUYU?long=yes
איך פועלת נורת הלהט ואיך היא בנויה?
נורת הליבון, או נורת הלהט, היא אחת הנורות הנפוצות בעולם. כיום היא פחות פופולארית, בעיקר משום שנורת הלהט מבזבזת יותר חשמל מנורות חדישות כמו נורת הפלורסנט או נורת הלד.
נורת הלהט פועלת על ידי זרם חשמלי שמלהיט את חוט הלהט, שבו הוא עובר. החום הגבוה גורם להתנדפות של אטומי הטונגסטן. זה גורם להקטנת עוביו של חוט הלהט ולהגדלת ההתנגדות החשמלית שלו. העובדה שחוט הלהט הולך וצר גורמת בהדרגה להתכתו המוחלטת ולהתנתקותו, מה שגורם לנורה "להישרף", כלומר לסיים את חייה.
כך פועלת נורת הלהט או הליבון:
https://youtu.be/pnK9tEPkp5c
הסבר על אופן פעולתה (עברית):
http://youtu.be/1eOpxaIZvRQ?t=16s
הסבר באנגלית לילדים על דרך פעולתה והמבנה של נורת הליבון:
https://youtu.be/gmyGKIprpBQ
וכך פועלת נורת הליבון שפתרה את בעיות התאורה בעולם:
https://youtu.be/YnMP1Uj2nz0
מיהו מייקל פאראדיי שאילף את החשמל?
מייקל פאראדיי (Michael Faraday) היה חוקר יוצא דופן בהיסטוריה האנושית. הוא נחשב לאחד מאנשי המדע החשובים בהיסטוריה, וזאת על אף שלא זכה ללמוד באוניברסיטה.
כן, בניגוד לחוקרים שרוכשים השכלה ואז חוקרים, האיש לא רכש השכלה מדעית של ממש והידע שלו במתמטיקה היה מועט. למעשה, הוא היה בן עניים שנאלץ לעבוד בעבודות קשות לפרנסתו וכדי לפרנס את משפחתו.
במהלך עבודתו ככורך ספרים הוא קרא כמעט כל ספר שעבר תחת ידיו. כשביקר בהרצאות של מדען מפורסם בשם המפרי דייווי הוא כתב כרך שלם, של כל תוכן ההרצאות ושלח למרצה המדען.
כשהמדען דייווי, שמעט הסתייג ממנו בתחילה, נפצע בתאונת מעבדה, נפגעה ראייתו והוא התקשה לכתוב. אז החליט לתת למייקל הצעיר הזדמנות ולקח אותו בתור כותב פתקים ומסכם של מה שהמדען חשב, הסיק וגילה. דיווי התרשם מהבחור וכשאחד מעובדי המעבדה פוטר, הוא הציע לפאראדיי לעבוד במעבדה בתור אסיסטנט לכימיה.
די מהר התלמיד עלה על המורה. כי במהלך העבודה פאראדיי החל ללמוד מדע בעצמו. הסקרנות האינסופית שלו והתשוקה לידע ולמדע, ביחד עם חריצות ותבונה נדירים, אפשרו למייקל פאראדיי ללמוד במהירות, כמעט בעצמו, את כל מה שצריך ואף יותר.
הוא היה עקבי ועקשן. שוב ושוב הוא ערך ניסויים במעבדה, בחן ולמד איפה טעה, שיפר וחזר על הניסוי המתוקן, עד שקיבל את התוצאה שצפה.
כך הוא בנה למשל את הדינמו - המנוע החשמלי הראשון אי-פעם. בתגית "מנוע הומופולרי" תוכלו לראות כיצד הבין את הכוחות האלקטרומגנטיים כבר ב-1831 והביא את האנושות לעידן המנוע החשמלי.
תגליותיו של פאראדיי הפכו את החשמל, שאנו מרבים להשתמש בו כל כך הרבה, למקור אנרגיה עיקרי וזמין לכולם. החשמל הוא אחד הגורמים החשובים למהפכה התעשייתית של אירופה.
פאראדיי שהיה בעצם כימאי, נודע מאז כאחד מגדולי הפיזיקאים וכראשון שהבין את האנרגיה החשמלית.
בתחומים של המגנטיות והחשמל פאראדיי נחשב לחוקר החשוב ביותר בהיסטוריה. הניסויים הרבים שעשה בחייו תרמו רבות לתחומי האלקטרומגנטיות והאלקטרוכימיה. הם גם אפשרו לו לנסח את חוק פאראדיי ולהמציא את מבער הבונזן. הוא גם מי שניסח את שיטת האלקטרוליזה להפרדת כימיקלים על ידי זרם חשמלי ועוד.
הענווה של פאראדיי הייתה גם היא נדירה. תגליותיו והמצאותיו הקנו לו פרסום רב, אך הוא סירב לכיבודים. הוא דחה את תואר האבירות ותואר סר שהוצעו לו מבית המלוכה, בטענה שהוא מעדיף להיקרא עד יומו האחרון "רק מר פאראדיי".
גם להצעה שקיבל פעמיים, להיות לנשיא החברה המלכותית, תפקיד ותואר מהחשובים בקהילה המדעית של האימפריה הבריטית, הוא ענה בשלילה שוב ושוב.
הנה בקצרה על תולדות חייו של מייקל פאראדיי, ממציא החשמל:
http://youtu.be/dNXdF12U4wo
טבעת ההשראה החשמלית שמייקל פאראדיי יצר (מתורגם):
https://youtu.be/5HlQnEPalS4
סרט מומלץ בשני חלקים, שבו מוצגת דרכו של פאראדיי אל המחקר המדעי, גילוי האלקטרומגנטיות ובניית המנוע החשמלי הראשון בהיסטוריה.
חלק א':
http://youtu.be/TEVEBzNSwTU
חלק ב':
http://youtu.be/yVDHKKTC4tA
סיפורו של מייקל פאראדיי והמצאת החשמל לילדים (עברית):
https://youtu.be/OmfypSQlx-A?t=1m20s&longyes
הסוללה החשמלית, או "בטריה" כמו שקראו לה פעם, מכילה חומרים כימיים שיוצרים חשמל.
את הסוללה החשמלית, המייצרת חשמל באמצעים כימיים, המציא בשנת 1800 הממציא האיטלקי אלסנדרו וולטה.
התהליך הכימי ותכונות החומרים הכימיים שבסוללה, חומרים שיש ביניהם הבדל פוטנציאלי, מאפשרים לה לייצר חשמל בזרם ישר.
הבעיה היא שעם השימוש בסוללות חשמליות כאלה, החומרים הכימיים שבהן מתרוקנים מהתכונות שלהם. במצב כזה הסוללות אינן פעילות יותר ונזרקות ומזהמות את העולם מאוד.
זו הסיבה שלצד הסוללות הרגילות הללו ובהמשך גם מתוך כוונה להחליפן החלו משתמשים בסוללות נטענות, טכנולוגיה עדיפה, מכיוון שסוללות כאלה ניתן לטעון שוב ושוב ולהשתמש בהן בחיסכון ותוך שמירה על כדור הארץ.
כך פועלות הסוללות (מתורגם):
https://youtu.be/9OVtk6G2TnQ
עוד על דרך הפעולה של הסוללה החשמלית:
http://youtu.be/gWKOjncBMCQ
ודרך מעניינת ליצור סוללה חשמלית מלימון:
http://youtu.be/D23JH30ZMK0
מהם הברקים?
איך נוצרים הברקים?
הברק (Lightning) הוא פרץ האור הגדול שמופיע בשמיים בעת סערה. מבחינה מדעית הברק מתרחש כשעננים פורקים חשמל סטטי שנמצא בהם.
הברק נראה כהבזק אור חזק מאד, שעושה גם רעש חזק מאד - רעש שהוא הרעם. בגלל ההבדלים בין מהירות האור (כשרואים את הברק) למהירות הקול (עד ששומעים את הרעם), מגיע הרעם אל אוזנינו מעט אחרי שאנו רואים את הברק.
למעשה, הברק הוא ניצוץ חשמלי ארוך מאוד, שאורכו יכול תהגיע לקילומטרים ואף לעשרות קילומטרים. הוא מתפרק חשמלית מהענן אל הקרקע ולפעמים מהענן אל תוך עצמו. לעיתים הוא מתפרק כלפי מעלה, אל היונוספרה, הגבוהה יותר.
בכל שנייה יש בממוצע 50 עד 100 ברקים, איפה שהוא על פני כדור הארץ. הסיכוי של אדם להיפגע מברק הוא, לפי הסטטיסטיקה האמריקאית, 1 ל-700 אלף.
כך נוצרים הברקים (עברית):
https://youtu.be/C6CSRcwTf8Y
קבלו את הברק והרעם (מתורגם):
http://youtu.be/HkSWuoF9_NM
על הברקים והיווצרותם:
https://youtu.be/h-0gNl5f4BU
והעננים שגורמים לברקים ולסערות קשות:
https://youtu.be/WyygaemPt9s
איך נוצרים הברקים?
הברק (Lightning) הוא פרץ האור הגדול שמופיע בשמיים בעת סערה. מבחינה מדעית הברק מתרחש כשעננים פורקים חשמל סטטי שנמצא בהם.
הברק נראה כהבזק אור חזק מאד, שעושה גם רעש חזק מאד - רעש שהוא הרעם. בגלל ההבדלים בין מהירות האור (כשרואים את הברק) למהירות הקול (עד ששומעים את הרעם), מגיע הרעם אל אוזנינו מעט אחרי שאנו רואים את הברק.
למעשה, הברק הוא ניצוץ חשמלי ארוך מאוד, שאורכו יכול תהגיע לקילומטרים ואף לעשרות קילומטרים. הוא מתפרק חשמלית מהענן אל הקרקע ולפעמים מהענן אל תוך עצמו. לעיתים הוא מתפרק כלפי מעלה, אל היונוספרה, הגבוהה יותר.
בכל שנייה יש בממוצע 50 עד 100 ברקים, איפה שהוא על פני כדור הארץ. הסיכוי של אדם להיפגע מברק הוא, לפי הסטטיסטיקה האמריקאית, 1 ל-700 אלף.
כך נוצרים הברקים (עברית):
https://youtu.be/C6CSRcwTf8Y
קבלו את הברק והרעם (מתורגם):
http://youtu.be/HkSWuoF9_NM
על הברקים והיווצרותם:
https://youtu.be/h-0gNl5f4BU
והעננים שגורמים לברקים ולסערות קשות:
https://youtu.be/WyygaemPt9s
ודאי ראיתם פעם את הצירוף AC/DC. הכוונה היא כמובן לא ללהקת הרוק בשם זה, אלא לסימון שמופיע על מתקני חשמל ושעל שמו קראה לעצמה הלהקה.
מתקני החשמל שאנו מכירים מופעלים או על ידי זרם ישר (DC) או על ידי זרם חילופין (AC).
#זרם ישר
בזרם ישר (DC) נעים האלקטרונים בכיוון אחד כל הזמן. מי שגילה את זה היה הממציא האמריקאי המפורסם תומס אלווה אדיסון.
גם בימינו הוא שימושי. זרם ישר הוא זרם שאנו שואבים למשל מהסוללה, שיש לה שני קטבים: מינוס (-) ופלוס (+).
זה עובד כך: בקוטב הראשון יש עודף אלקטרונים. אם מחברים אליו מוליך חשמלי, כמו חוט מתכת או אפילו מים, האלקטרונים עוברים לאורכו של המוליך, לכיוון הקוטב השני, שבו יש חסר אלקטרונים.
האלקטרונים, בדרכם מקוטב לקוטב, מפעילים נורת חשמל, תנור או מכשיר רדיו וכדומה. זה די פשוט. הממציא המפורסם אדיסון הוא שהמציא את נורת החשמל ושלל מכשירי חשמל נוספים, שכולם פועלים בזרם ישר.
הזרם הישר הוא העדיף גם במכוניות, שם יש דינמו המייצר חשמל מתנועת המנוע ומצבר שצובר את החשמל ומאפשר להפעיל את המכונית.
#זרם חילופין
בזרם החילופין (AC) האלקטרונים משנים את כיוון התנועה שלהם, בכבל המוליך למשל, עשרות פעמים בשניה. 50 או 60 הרץ, לדוגמה, אומרת ש-50 או 60 פעמים בשנייה מתחלף כיוון התנועה של האלקטרונים.
המנוע על בסיס זרם חילופין שפיתח טסלה הגדיל את המתח בכבלים באופן דרמטי, לא פעם לרמה של עשרות אלפי וולט. בכך הוא הקטין מאוד את עוצמת הזרם ומזער את אובדן החשמל, בדרכו מתחנת הכוח אל הצרכן.
במנוע של טסלה לא היה מגע בין החלקים השונים ובניגוד למנוע של אדיסון לא היו ניצוצות. יתרון טכנולוגי משמעותי, שנראה לאנשים כמעט מיסטי.
יתרון נוסף בשיטת זרם החילופין היה שכבלי החשמל כמעט ולא מתחממים. זה אפשר לבנות רשת חשמל מכבלי נחושת דקים וזולים הרבה יותר ולהביא את החשמל במהירות עצומה לכל פינה בעולם.
ממציא זרם החילופין, טסלה, היה צעיר מאדיסון. בתקופה מסוימת הוא עבד אצל אדיסון, אך הפך למתחרהו.
טסלה עבד על היחס שבין שדה מגנטי למעגל חשמלי. מתצפית שערך, הוא ראה שסליל דומה המתקרב למגנט, יוצר בו לרגע זרם חשמלי. הוא ניחש שבמעגל חשמלי מסתובב בשדה המגנטי, יופיעו בו הבזקי חשמל. תדירות המבזקים תלויה במהירות הסיבובים. הוא גם גילה שהאלקטרונים נעים בכיוון אחד בהבזק ראשון, ועם הסיבוב הבא נעים בכיוון ההפוך.
טסלה קרא לזרם החולף בסליל המוליך "זרם חילופי" (או מתחלף) ולמכשיר שמייצר אותו הוא קרא גנרטור.
עוד גילוי חשוב שלו היה השנאי. אם נעביר זרם חילופין בסליל עם שדה מגנטי, תיווצר השראה מגנטית שמעבירה חשמל לסליל שני, המבודד ממנו. המכשיר הזה נקרא שנאי. אם בסליל השני יש פי שתיים כריכות מהראשון, יהיה המתח החשמלי שיופק בו כפול.
כיום AC, שהוא זרם חילופין, הוא סוג החשמל שאנו משתמשים בו ברשת החשמל הביתית והתעשייתית. המתח בסוללה פשוטה הוא 1.5 וולט ואילו ברשת הביתית בישראל הוא 220 וולט, שזה פי 150 כמעט (בארה"ב משתמשים בדרך כלל במתח ביתי של 110 וולט, ובישראל 220 וולט - שם מספר התנודות לשנייה הוא 60, לעומת 50 אצלנו).
החשמל נוצר בתחנות כוח, בטורבינות רוח ובמפלי מים במתח עילי של עד ל- 220,000 וולט, פי אלף מהמתח הביתי. משם הוא מועבר ברשת בין-עירונית, באמצעות חוטי נחושת בעובי לא גדול. המתח החשמלי האדיר הזה מוקטן באמצעות שנאי, למתח הביתי הקטן בהרבה.
השנאי, שהיום מכנים אותו לא פעם "ספק כוח", הוא גם זה שמאפשר להשתמש בזרם חילופין עבור מכשירים מבוססי זרם ישר. השנאי מקטין את המתח ומשנה את הזרם מהשקע שבקיר מזרם חילופין לזרם ישר.
הנה ההבדל שבין זרם ישר וחילופי:
https://www.youtube.com/watch?v=BcIDRet787k
סיפור התחרות שבין שני הגאונים – אדיסון וטסלה, על השיטה הרצויה:
https://www.youtube.com/watch?v=ZInLPe_bezQ?long=yes
וסיפורו של טסלה הגאון שהמציא את מערכת החשמל שלנו ועוד המון המצאות (עברית):
https://youtu.be/mCQZO7J8FaI?long=yes
קרה לכם שפשטתם סוודר ושמעתם קולות חשמליים קטנים? נגעתם פעם במכונית והיה מעין ניצוץ או ברק קטן? - נעים מאד! היכרתם את החשמל הסטטי?
אין סכנה בחשמל הסטטי. חשמל סטטי הוא מיטען חשמלי שנוצר כששני חומרים מתחככים ואלקטרונים עוברים מאחד לשני. המטען החשמלי שנוצר הופך את החומר שאיבד אלקטרונים לחומר שטעון במטען חיובי ומקבל האלקטרונים ייטען במטען שלילי.
כך נוצר החשמל הסטטי (מתורגם):
https://youtu.be/yc2-363MIQs
כמה קסמים נחמדים שאפשר לעשות עם חשמל סטטי:
https://youtu.be/ViZNgU-Yt-Y
מחולל ואן דה גראאף שיוצר חשמל סטטי (עברית):
http://youtu.be/Ii1UifBoTb0?t=14s
תכנית נהדרת על חשמל סטטי לילדים (עברית):
https://youtu.be/mlKydkqIlX0
ראו מה חשמל סטטי יכול לעשות לשיער:
http://youtu.be/aO-phqmyqdY
וסרטון הדרכה לשימוש בחשמל סטטי כדי להזיז דברים (עברית):
http://youtu.be/Fd8JigRWbQ4
מתח חשמלי
גנרטור (Generator), בעברית: מְחוֹלֵל, הוא מכשיר שמשתמש באנרגיה כדי לסובב מנוע ולייצר חשמל. בעזרת הגנרטור אנו מייצרים חשמל.
הגנרטור ממיר אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית. הפעולה נעשית על ידי שימוש במקורות אנרגיה כמו בנזין או דיזל, שמאפשרים לסובב מנוע.
יש גם גנרטורים שמופעלים מכוח הרוח, כמו תחנות רוח, או מלחץ מים, כמו הטורבינות שמייצרות חשמל בסכרים ובמפלים רבים. שם כוחות הטבע הם מקור האנרגיה, שמסובבים מגנט במהירות גדולה ומייצר חשמל.
#שימושים בגנרטור
בגנרטור משתמשים במקרים בהם אין גישה לרשת החשמל או שהנגישות מוגבלת ופגומה. כמו במקרים של צורך בחשמל קבוע, שאינו נפסק ושרשת החשמל לא מסוגלת לספק, בשל תקלות והפסקות חשמל רבות. כאלו המקרים, למשל, במתקנים ביטחוניים, בבתי חולים וכדומה.
שימוש שכיח נוסף בגנרטור הוא לצורך עבודה במקומות בהם אין חיבור לרשת החשמל. כך למשל מקיימים אירועים בטבע או בשטחים פתוחים. באירועים כמו מסיבות או הופעות, מפעילים בעזרת הגנרטור מערכות הגברה, תאורה, מזנונים ומערכות קירור וחימום של מזון.
שימוש נוסף בגנרטור הוא בטיולי שטח, שבהם הלינה והשהות בלילה מתאפשרת על ידי הפעלת גנרטור. תאורה, הכנת אוכל, השמעת מוסיקה וכדומה - כל אלו מקבלים חשמל ממנו.
#איך הגנרטור מייצר חשמל?
שיטת הפעולה של הגנרטור היא מעניינת - בשנת 1831 גילה המדען הבריטי מייקל פאראדיי שהזזה של מגנט ליד מוליך חשמלי כלשהו, כמו כבל חשמלי מלופף למשל, מייצרת מתח חשמלי. השיטה הזו מייצרת שדה מגנטי.
שיטתו של פאראדיי משמשת עד היום לייצור מרבית החשמל בעולם, באמצעות גנרטורים ומנועים חשמליים, המייצרים את השדות המגנטיים, הנחוצים לייצור חשמל.
הגנרטור משתמש בעיקרון הזה כדי לסובב מגנט בתוך מוליך חשמלי שמסביבו.
כשהמגנט, בעל שני הקטבים, מסתובב בגנרטור בתוך סליל חשמלי, שהוא בעצם מוליך חשמלי מלופף. תוך כדי הסיבוב נוצר בין שני הקצוות של הסליל מתח חשמלי.
בכל פעם שאחד הקטבים של המגנט, קוטב הפלוס או קוטב המינוס, מתקרב לקצה אחד של המוליך, נדחפים כל האלקטרונים שלו לאותו קוטב, בעוד הקצה השני נשאר ללא אלקטרונים. כך הופך הסליל למקור מתח חשמלי. את התנועה הסיבובית של המגנט בתוך הסליל החשמלי, מייצר המנוע של הגנרטור. כך מייצרים הגנרטור והטורבינה הגדולה ממנו, את החשמל.
הנה הדגמה של יצירת חשמל בהזזת מגנט אל מול כבל חשמלי (עברית):
https://youtu.be/6m5wu1itNQA
חידה על גנרטור (עברית):
https://youtu.be/dgD-qLY0XIw
כך משתמשים בעיקרון הפעולה של הגנרטור בשיטות שונות לייצור חשמל (עברית):
https://youtu.be/mPMyyAwrDJ8
למשל בתחנת רוח, שבה הרוח היא הכוח שמסובב את הגנרטור ומאפשרת לו לייצר חשמל:
https://youtu.be/qSWm_nprfqE
או בתחנות כוח שכדי לייצר חשמל עם גנרטור מתבססות על זרימת המים:
https://youtu.be/q8HmRLCgDAI
יש חשמל בטבע ואנו מכירים אותו היטב. הברקים שמבזיקים בשמיים בחורף הם בעצם הבזקי חשמל ענקיים.
החום שהברקים יוצרים הוא כה גדול, שפגיעת ברק יכולה לגרום לשריפה גדולה. לשמחתנו פגיעה כזו של ברק לא מתרחשת הרבה. עם זאת, ההתחממות הגלובלית מאיימת להגדיל יותר ויותר את כמות הברקים בעולם, בשל הצטברות של אנרגיה באטמוספרה.
הנה סרטון על הברק, הרעם והחשמל שביניהם:
https://youtu.be/Cz_uYBx1G5s
הסבר חשמלי לברק ולרעם:
https://youtu.be/fzNk4w2k2h0
וההסבר המדעי של תופעת החשמל (עברית):
https://youtu.be/-l8n-77M_yQ
טעינה אלחוטית (Wireless charging) היא טכנולוגיה שמאפשרת לטעון מכשירים חשמליים ללא חיבור חוטי. למעשה, הטכנולוגיה הזו מאפשרת מעבר של חשמל ממקום למקום "דרך האוויר".
כיצד ניתן להעביר חשמל באוויר?
ובכן, הטעינה האלחוטית מתבססת על השראה אלקטרומגנטית. זהו עיקרון פיזיקלי שמאפשר לשני סלילי נחושת, המוצבים במרחק זעיר זה מזה, להעביר חשמל מאחד מהם, הטעון בזרם חילופין, אל השני. האחראי להעברת האנרגיה החשמלית באופן אלחוטי הוא השדה המגנטי שנוצר בין הסלילים.
ממש כמו ששידורי הרדיו משודרים ונקלטים דרך האוויר, במקלטי הרדיו המצויידים באנטנה, כך "נקלטת" אנרגיה חשמלית, באופן אלחוטי ובאמצעות השראה אלקטרומגנטית, ממכשירים ה"משדרים" חשמל דרך האוויר, אל מכשירים שיש בהם "מקלט" של אנרגיה כזו.
ההיסטוריה של הטעינה האלחוטית היא עתיקה למדי, שכן הטכנולוגיה הזו מתבססת על פיתוחים מהמאה ה-19, בין השאר של חוקרים וממציאים גאוניים, כמו מייקל פאראדיי וניקולה טסלה, שיצר בשנת 1891 את סליל טסלה, שנאי תהודה שמייצר זרם חילופין חזק במתח חשמלי גבוה והפך לאבן יסוד במערכת החשמל המודרנית.
כך פועלת טעינה אלחוטית ומי יוצריה:
https://youtu.be/5cILFl0tzpI
הסבר טכני:
https://youtu.be/-Wf7aadxBkE
אפילו חברת איקאה הוציאה סדרת רהיטים שטוענים אלחוטית:
https://youtu.be/Uwmm_NCKSps
ומעט על האמת על הטעינה האלחוטית של הטלפונים:
https://youtu.be/iOVg62_DUYU?long=yes
נורת הליבון, או נורת הלהט, היא אחת הנורות הנפוצות בעולם. כיום היא פחות פופולארית, בעיקר משום שנורת הלהט מבזבזת יותר חשמל מנורות חדישות כמו נורת הפלורסנט או נורת הלד.
נורת הלהט פועלת על ידי זרם חשמלי שמלהיט את חוט הלהט, שבו הוא עובר. החום הגבוה גורם להתנדפות של אטומי הטונגסטן. זה גורם להקטנת עוביו של חוט הלהט ולהגדלת ההתנגדות החשמלית שלו. העובדה שחוט הלהט הולך וצר גורמת בהדרגה להתכתו המוחלטת ולהתנתקותו, מה שגורם לנורה "להישרף", כלומר לסיים את חייה.
כך פועלת נורת הלהט או הליבון:
https://youtu.be/pnK9tEPkp5c
הסבר על אופן פעולתה (עברית):
http://youtu.be/1eOpxaIZvRQ?t=16s
הסבר באנגלית לילדים על דרך פעולתה והמבנה של נורת הליבון:
https://youtu.be/gmyGKIprpBQ
וכך פועלת נורת הליבון שפתרה את בעיות התאורה בעולם:
https://youtu.be/YnMP1Uj2nz0
מייקל פאראדיי (Michael Faraday) היה חוקר יוצא דופן בהיסטוריה האנושית. הוא נחשב לאחד מאנשי המדע החשובים בהיסטוריה, וזאת על אף שלא זכה ללמוד באוניברסיטה.
כן, בניגוד לחוקרים שרוכשים השכלה ואז חוקרים, האיש לא רכש השכלה מדעית של ממש והידע שלו במתמטיקה היה מועט. למעשה, הוא היה בן עניים שנאלץ לעבוד בעבודות קשות לפרנסתו וכדי לפרנס את משפחתו.
במהלך עבודתו ככורך ספרים הוא קרא כמעט כל ספר שעבר תחת ידיו. כשביקר בהרצאות של מדען מפורסם בשם המפרי דייווי הוא כתב כרך שלם, של כל תוכן ההרצאות ושלח למרצה המדען.
כשהמדען דייווי, שמעט הסתייג ממנו בתחילה, נפצע בתאונת מעבדה, נפגעה ראייתו והוא התקשה לכתוב. אז החליט לתת למייקל הצעיר הזדמנות ולקח אותו בתור כותב פתקים ומסכם של מה שהמדען חשב, הסיק וגילה. דיווי התרשם מהבחור וכשאחד מעובדי המעבדה פוטר, הוא הציע לפאראדיי לעבוד במעבדה בתור אסיסטנט לכימיה.
די מהר התלמיד עלה על המורה. כי במהלך העבודה פאראדיי החל ללמוד מדע בעצמו. הסקרנות האינסופית שלו והתשוקה לידע ולמדע, ביחד עם חריצות ותבונה נדירים, אפשרו למייקל פאראדיי ללמוד במהירות, כמעט בעצמו, את כל מה שצריך ואף יותר.
הוא היה עקבי ועקשן. שוב ושוב הוא ערך ניסויים במעבדה, בחן ולמד איפה טעה, שיפר וחזר על הניסוי המתוקן, עד שקיבל את התוצאה שצפה.
כך הוא בנה למשל את הדינמו - המנוע החשמלי הראשון אי-פעם. בתגית "מנוע הומופולרי" תוכלו לראות כיצד הבין את הכוחות האלקטרומגנטיים כבר ב-1831 והביא את האנושות לעידן המנוע החשמלי.
תגליותיו של פאראדיי הפכו את החשמל, שאנו מרבים להשתמש בו כל כך הרבה, למקור אנרגיה עיקרי וזמין לכולם. החשמל הוא אחד הגורמים החשובים למהפכה התעשייתית של אירופה.
פאראדיי שהיה בעצם כימאי, נודע מאז כאחד מגדולי הפיזיקאים וכראשון שהבין את האנרגיה החשמלית.
בתחומים של המגנטיות והחשמל פאראדיי נחשב לחוקר החשוב ביותר בהיסטוריה. הניסויים הרבים שעשה בחייו תרמו רבות לתחומי האלקטרומגנטיות והאלקטרוכימיה. הם גם אפשרו לו לנסח את חוק פאראדיי ולהמציא את מבער הבונזן. הוא גם מי שניסח את שיטת האלקטרוליזה להפרדת כימיקלים על ידי זרם חשמלי ועוד.
הענווה של פאראדיי הייתה גם היא נדירה. תגליותיו והמצאותיו הקנו לו פרסום רב, אך הוא סירב לכיבודים. הוא דחה את תואר האבירות ותואר סר שהוצעו לו מבית המלוכה, בטענה שהוא מעדיף להיקרא עד יומו האחרון "רק מר פאראדיי".
גם להצעה שקיבל פעמיים, להיות לנשיא החברה המלכותית, תפקיד ותואר מהחשובים בקהילה המדעית של האימפריה הבריטית, הוא ענה בשלילה שוב ושוב.
הנה בקצרה על תולדות חייו של מייקל פאראדיי, ממציא החשמל:
http://youtu.be/dNXdF12U4wo
טבעת ההשראה החשמלית שמייקל פאראדיי יצר (מתורגם):
https://youtu.be/5HlQnEPalS4
סרט מומלץ בשני חלקים, שבו מוצגת דרכו של פאראדיי אל המחקר המדעי, גילוי האלקטרומגנטיות ובניית המנוע החשמלי הראשון בהיסטוריה.
חלק א':
http://youtu.be/TEVEBzNSwTU
חלק ב':
http://youtu.be/yVDHKKTC4tA
סיפורו של מייקל פאראדיי והמצאת החשמל לילדים (עברית):
https://youtu.be/OmfypSQlx-A?t=1m20s&longyes
מהו כלוב פאראדיי?
כלוב פאראדיי (Faraday cage) הוא כלוב, תא או מקום החוסם קרינה אלקטרומגנטית. משמעות החסימה הזו היא שכשהכיסוי הסלולרי בחוץ הוא טוב, הוא לא יכול להיכנס פנימה ולכן איננו מגיע לשוהים בפנים.
זהו כלוב שקרינה חשמלית אינה חודרת אליו. בזכות החומר שממנו הוא עשוי, הכלוב מקטין את השדה החשמלי שבתוכו ל-0. כלוב הפאראדיי צריך להיות גוף סגור, שמורכב כולו מחומר מוליך חשמל, כמו ברזל, אלומיניום וכדומה.
העיקרון של כלוב פאראדיי נקרא על שם מגלה האלקטרומגנטיות מייקל פאראדיי, שהתבסס על תיאוריה של המדען הגרמני קרל פרידריך גאוס. האחרון הראה שמוליך חשמלי גורם לאיפוס של השדה החשמלי, כלומר אינו מאפשר לקרינה האלקטרומגנטית לעבור אותו.
כשמייקל פאראדיי נתקל בחישוביו של גאוס הוא החליט לבנות מעין כלוב מתכת, שלא יאפשר לשדה האלקטרומגנטי שבחוץ לחדור פנימה ויחסום את הקרינה.
#שימושים נפוצים בכלוב פאראדיי
עד היום משמשים כלובי פאראדיי בחיי היום יום שלנו. מכשירים רבים נבנו בתוך מארזי מתכת כדי למנוע שיבושים בשל השראה חשמלית של קרינה חשמלית מבחוץ.
המיקרוגל מונע מהקרינה לדלוף החוצה על ידי המבנה המתכתי שלו, שמתפקד כ... כלוב פאראדיי.
מעבדות רבות משתמשות בכלוב פאראדיי כדי לבודד את המכשירים והציוד האלקטרוני שבתוכן משדות חשמליים חיצוניים.
מקומות שונים, כמו בתי חולים וחדרי ניתוח, מונעים מהשוהים בהם קליטה סלולארית על ידי יצירה של כלוב פאראדיי זמני. חסימת הקרינה האלקטרומגנטית אל תוך כלוב הפאראדיי מונעת מהכיסוי הסלולרי שבחוץ להיכנס ולהגיע לשוהים בפנים.
גם חוסר הקליטה הסלולארית שאנו מכירים מהמעלית למשל, הוא כלוב פאראדיי.
#פעילות קצרה למחשבה:
==================
האם יש בעיה שכלוב פאראדיי יוכל לפתור לדעתכם בעולם?
האם תוכלו לחקור ולגלות עוד שימושים שעושים בכלובי פאראדיי בעולם?
הנה הדגמה של כלוב פאראדיי (עברית):
http://youtu.be/XLrmq5IPvuw?t=31s
אנשים בכלוב פאראדיי שנחשפים ולא נפגעים מחשמל מסוכן:
http://youtu.be/x7uCAvEhP1E
והסבר של הכלוב של פאראדיי:
http://youtu.be/yHfgqDcEqfA
כלוב פאראדיי (Faraday cage) הוא כלוב, תא או מקום החוסם קרינה אלקטרומגנטית. משמעות החסימה הזו היא שכשהכיסוי הסלולרי בחוץ הוא טוב, הוא לא יכול להיכנס פנימה ולכן איננו מגיע לשוהים בפנים.
זהו כלוב שקרינה חשמלית אינה חודרת אליו. בזכות החומר שממנו הוא עשוי, הכלוב מקטין את השדה החשמלי שבתוכו ל-0. כלוב הפאראדיי צריך להיות גוף סגור, שמורכב כולו מחומר מוליך חשמל, כמו ברזל, אלומיניום וכדומה.
העיקרון של כלוב פאראדיי נקרא על שם מגלה האלקטרומגנטיות מייקל פאראדיי, שהתבסס על תיאוריה של המדען הגרמני קרל פרידריך גאוס. האחרון הראה שמוליך חשמלי גורם לאיפוס של השדה החשמלי, כלומר אינו מאפשר לקרינה האלקטרומגנטית לעבור אותו.
כשמייקל פאראדיי נתקל בחישוביו של גאוס הוא החליט לבנות מעין כלוב מתכת, שלא יאפשר לשדה האלקטרומגנטי שבחוץ לחדור פנימה ויחסום את הקרינה.
#שימושים נפוצים בכלוב פאראדיי
עד היום משמשים כלובי פאראדיי בחיי היום יום שלנו. מכשירים רבים נבנו בתוך מארזי מתכת כדי למנוע שיבושים בשל השראה חשמלית של קרינה חשמלית מבחוץ.
המיקרוגל מונע מהקרינה לדלוף החוצה על ידי המבנה המתכתי שלו, שמתפקד כ... כלוב פאראדיי.
מעבדות רבות משתמשות בכלוב פאראדיי כדי לבודד את המכשירים והציוד האלקטרוני שבתוכן משדות חשמליים חיצוניים.
מקומות שונים, כמו בתי חולים וחדרי ניתוח, מונעים מהשוהים בהם קליטה סלולארית על ידי יצירה של כלוב פאראדיי זמני. חסימת הקרינה האלקטרומגנטית אל תוך כלוב הפאראדיי מונעת מהכיסוי הסלולרי שבחוץ להיכנס ולהגיע לשוהים בפנים.
גם חוסר הקליטה הסלולארית שאנו מכירים מהמעלית למשל, הוא כלוב פאראדיי.
#פעילות קצרה למחשבה:
==================
האם יש בעיה שכלוב פאראדיי יוכל לפתור לדעתכם בעולם?
האם תוכלו לחקור ולגלות עוד שימושים שעושים בכלובי פאראדיי בעולם?
הנה הדגמה של כלוב פאראדיי (עברית):
http://youtu.be/XLrmq5IPvuw?t=31s
אנשים בכלוב פאראדיי שנחשפים ולא נפגעים מחשמל מסוכן:
http://youtu.be/x7uCAvEhP1E
והסבר של הכלוב של פאראדיי:
http://youtu.be/yHfgqDcEqfA
כיצד מסייעים המים לייצר חשמל?
כוחם של המים הזורמים בנהרות הוא עצום. המון אנרגיה משתחררת ממים זורמים אלו. בעולם נבנות על נהרות וסכרים הרבה תחנות כוח הידרואלקטריות.
בתחנת כוח הידרואלקטרית המים זורמים או נופלים מגובה וכך מניעים טורבינות ענקיות, המייצרות חשמל. כך כוח המים וכוח הכבידה המושך אותם למטה מסייעים לייצור של חשמל.
יש מדינות שהחשמל מיוצר בהן רק בטכנולוגיה הידרו-אלקטרית, כמו נורבגיה שכמעט כל החשמל מיוצר בה מכוח זרמי הנהרות.
כך מייצרים חשמל ממים (מתורגם):
http://youtu.be/FUCkaXsqRP8
וזו הדרך בה המים מסייעים לייצר חשמל (מתורגם):
http://youtu.be/zBXf4jogihw
כוחם של המים הזורמים בנהרות הוא עצום. המון אנרגיה משתחררת ממים זורמים אלו. בעולם נבנות על נהרות וסכרים הרבה תחנות כוח הידרואלקטריות.
בתחנת כוח הידרואלקטרית המים זורמים או נופלים מגובה וכך מניעים טורבינות ענקיות, המייצרות חשמל. כך כוח המים וכוח הכבידה המושך אותם למטה מסייעים לייצור של חשמל.
יש מדינות שהחשמל מיוצר בהן רק בטכנולוגיה הידרו-אלקטרית, כמו נורבגיה שכמעט כל החשמל מיוצר בה מכוח זרמי הנהרות.
כך מייצרים חשמל ממים (מתורגם):
http://youtu.be/FUCkaXsqRP8
וזו הדרך בה המים מסייעים לייצר חשמל (מתורגם):
http://youtu.be/zBXf4jogihw
מהי שפת מכונה, השפה הבינארית שהמחשב מבין?
שפת מכונה (Machine language) איננה שפה שמישהו מתכנת בה. שפת מכונה היא שפת המחשבים, כלומר שפה שבה "מדבר", או יותר נכון רואה המחשב.
זו שפה שפועלת על פי רצפים של ספרות אפס או אחד. אלה מייצגים שני מצבים שנמצאים בבסיסו של כל רכיב חשמלי ואלקטרוני - מצבי כבוי, שזה 0, או דולק, 1.
מחשבים יודעים לחשב דברים במונחים של אפס ואחד. זה לא שהם יודעים אריתמטיקה או מתמטיקה. אבל הם כן פועלים על מצבים בהם יש מתח חשמלי ומצבים בהם אין. כי כל רכיב אלקטרוני יכול או לפעול או לא לפעול. כלומר להיות במצב פעולה, כלומר דולק, או במצב כבוי. זה On או Off.
כי שבבי המחשב הם בעצם מכונות זעירות מאוד, שבהן יש מיליארדים רבים של רכיבים זעירים, שיכולים להיות בכל רגע נתון במצב כבוי או דולק.
הקידוד הזה לפיו פועל המחשב הוא קידוד בינארי. לפיכך, שפת מכונה היא הקידוד הבינארי שבאמצעותו ניתן לתת הוראות פעולה למעבד המרכזי של המחשב, אותו מוח שלו, שמבצע את הפעולות שאנו רוצים.
אבל הקוד הבינארי הוא מורכב מאוד. בקידוד בינארי בלתי אפשרי לכתוב תוכנות מורכבות, כמו אלה שעושות בימינו דברים מטורפים כמו שעולם התוכנה יודע לייצר. לכן פיתחו את שפות התכנות העיליות, שפות High level המאפשרות כתיבה במילים ובתחביר אנושי, שמובן יותר לבני אדם וקל יחסית לזכירה.
אז כדי לתקשר עם המחשב, לתת לו פקודות ולהגיש לו דאטה, כלומר מידע לצורך חישובים או פעולות, הכול צריך להיות מתורגם לאפסים ואחדים. אבל את הפקודות כותבים בשפות תוכנה עיליות ותוכנה מיוחדת ממירה את הפקודות מהשפות הללו לקוד בינארי, של אפסים ואחדים.
את ההמרה משפת התוכנה המסוימת לשפת המכונה עושה תוכנת הקומפיילר (compiler), בעברית מהדר, הנכללת בשפות התוכנה השונות. תפקידו הכללי של הקומפיילר הוא להמיר קוד תוכנה משפה לשפה.
המרה כזו של קוד מחשב תהיה לרוב משפה עילית שהמתכנת כתב, לשפת מכונה שהמחשב מבין. המרה למה שנקרא Machine language, או לשפת ביניים, שפה שהיא באמצע, בין שפות עיליות וקלות יחסית לתכנות, לשפת המכונה המורכבת במיוחד לתכנות ושממנה בהמשך תתבצע הקומפליציה הסופית לשפת מכונה.
הנה שפת המכונה וכיצד אנו מתקשרים איתה דרך שפות תכנות עיליות:
https://youtu.be/GbBI7LSijnM
על האישה שפיתחה את שפת התכנות הראשונה, שפת Cobol:
https://youtu.be/Wchru8alhaE
וסוגי שפות המחשב השונים, משפת המכונה והשפות הבסיסיות שהמחשב מבין (Assembly language), אל השפות העיליות, המאפשרות למתכנתים בדרך לכתוב קוד:
https://youtu.be/aYjGXzktatA
שפת מכונה (Machine language) איננה שפה שמישהו מתכנת בה. שפת מכונה היא שפת המחשבים, כלומר שפה שבה "מדבר", או יותר נכון רואה המחשב.
זו שפה שפועלת על פי רצפים של ספרות אפס או אחד. אלה מייצגים שני מצבים שנמצאים בבסיסו של כל רכיב חשמלי ואלקטרוני - מצבי כבוי, שזה 0, או דולק, 1.
מחשבים יודעים לחשב דברים במונחים של אפס ואחד. זה לא שהם יודעים אריתמטיקה או מתמטיקה. אבל הם כן פועלים על מצבים בהם יש מתח חשמלי ומצבים בהם אין. כי כל רכיב אלקטרוני יכול או לפעול או לא לפעול. כלומר להיות במצב פעולה, כלומר דולק, או במצב כבוי. זה On או Off.
כי שבבי המחשב הם בעצם מכונות זעירות מאוד, שבהן יש מיליארדים רבים של רכיבים זעירים, שיכולים להיות בכל רגע נתון במצב כבוי או דולק.
הקידוד הזה לפיו פועל המחשב הוא קידוד בינארי. לפיכך, שפת מכונה היא הקידוד הבינארי שבאמצעותו ניתן לתת הוראות פעולה למעבד המרכזי של המחשב, אותו מוח שלו, שמבצע את הפעולות שאנו רוצים.
אבל הקוד הבינארי הוא מורכב מאוד. בקידוד בינארי בלתי אפשרי לכתוב תוכנות מורכבות, כמו אלה שעושות בימינו דברים מטורפים כמו שעולם התוכנה יודע לייצר. לכן פיתחו את שפות התכנות העיליות, שפות High level המאפשרות כתיבה במילים ובתחביר אנושי, שמובן יותר לבני אדם וקל יחסית לזכירה.
אז כדי לתקשר עם המחשב, לתת לו פקודות ולהגיש לו דאטה, כלומר מידע לצורך חישובים או פעולות, הכול צריך להיות מתורגם לאפסים ואחדים. אבל את הפקודות כותבים בשפות תוכנה עיליות ותוכנה מיוחדת ממירה את הפקודות מהשפות הללו לקוד בינארי, של אפסים ואחדים.
את ההמרה משפת התוכנה המסוימת לשפת המכונה עושה תוכנת הקומפיילר (compiler), בעברית מהדר, הנכללת בשפות התוכנה השונות. תפקידו הכללי של הקומפיילר הוא להמיר קוד תוכנה משפה לשפה.
המרה כזו של קוד מחשב תהיה לרוב משפה עילית שהמתכנת כתב, לשפת מכונה שהמחשב מבין. המרה למה שנקרא Machine language, או לשפת ביניים, שפה שהיא באמצע, בין שפות עיליות וקלות יחסית לתכנות, לשפת המכונה המורכבת במיוחד לתכנות ושממנה בהמשך תתבצע הקומפליציה הסופית לשפת מכונה.
הנה שפת המכונה וכיצד אנו מתקשרים איתה דרך שפות תכנות עיליות:
https://youtu.be/GbBI7LSijnM
על האישה שפיתחה את שפת התכנות הראשונה, שפת Cobol:
https://youtu.be/Wchru8alhaE
וסוגי שפות המחשב השונים, משפת המכונה והשפות הבסיסיות שהמחשב מבין (Assembly language), אל השפות העיליות, המאפשרות למתכנתים בדרך לכתוב קוד:
https://youtu.be/aYjGXzktatA
מהו הקומפיילר שממיר שפה טבעית לקוד בינארי במחשב?
קומפיילר (compiler), בעברית מהדר, היא תוכנה שתפקידה להמיר קוד מחשב שכתוב בשפת תכנות רגילה, אל שפת מכונה (Machine language), כזו שהמחשב מבין.
תוכנת הקומפיילר נכללת כחלק משפות התכנות השונות. תפקידו הכללי של הקומפיילר הוא להמיר קוד תוכנה משפה לשפה. היא מבצעת את ההמרה משפת התוכנה המסוימת בה מתכנתים כותבים לשפת המכונה, שהיא קשה לכתיבה ומופשטת ומסובכת לזכירה.
המרה כזו תהיה לרוב של קוד מחשב בשפה עילית שהמתכנת כתב בה, כמו שפת התכנות פייתון או ג'אווה סקריפט - לשפת מכונה שהמחשב מבין.
שפת מכונה, משהו כמו שפת המחשבים, כלומר שפה שבה כאילו "מדבר" המחשב. זו שפה שפועלת על פי רצפים של אפס או אחד, שמייצגים שני מצבים חשמליים שנמצאים בבסיסו של כל רכיב חשמלי ואלקטרוני - מצבי כבוי, שזה 0, או דולק, 1. הכירו בתגית "שפת מכונה".
מכל מקום, הקומפיילר חשוב מאוד בפיתוח תוכנה, כי כמעט בלתי אפשרי לכתוב קוד בינארי שיעשה את הפעולות המורכבות במיוחד שעושות תוכנות מודרניות.
לכן גם פיתחו את שפות התכנות העיליות, שפות High level המאפשרות כתיבה במילים ובתחביר שהוא ככל האפשר קרוב לזה של שפות אנושיות, תחביר מובן יותר לבני אדם ושקל יחסית לזכור.
ואגב, יש גם מקרים שהמהדר ממיר שפה עילית לשפת ביניים, שפה שאינה שפת מכונה ולמעשה היא באמצע, משהו בין שפות עיליות וקלות יחסית לתכנות, לשפת המכונה המורכבת במיוחד.
כך פועל הקומפיילר (מתורגם):
https://youtu.be/QXjU9qTsYCc
ושפת המכונה וכיצד אנו מתקשרים איתה דרך שפות תכנות עיליות:
https://youtu.be/GbBI7LSijnM
קומפיילר (compiler), בעברית מהדר, היא תוכנה שתפקידה להמיר קוד מחשב שכתוב בשפת תכנות רגילה, אל שפת מכונה (Machine language), כזו שהמחשב מבין.
תוכנת הקומפיילר נכללת כחלק משפות התכנות השונות. תפקידו הכללי של הקומפיילר הוא להמיר קוד תוכנה משפה לשפה. היא מבצעת את ההמרה משפת התוכנה המסוימת בה מתכנתים כותבים לשפת המכונה, שהיא קשה לכתיבה ומופשטת ומסובכת לזכירה.
המרה כזו תהיה לרוב של קוד מחשב בשפה עילית שהמתכנת כתב בה, כמו שפת התכנות פייתון או ג'אווה סקריפט - לשפת מכונה שהמחשב מבין.
שפת מכונה, משהו כמו שפת המחשבים, כלומר שפה שבה כאילו "מדבר" המחשב. זו שפה שפועלת על פי רצפים של אפס או אחד, שמייצגים שני מצבים חשמליים שנמצאים בבסיסו של כל רכיב חשמלי ואלקטרוני - מצבי כבוי, שזה 0, או דולק, 1. הכירו בתגית "שפת מכונה".
מכל מקום, הקומפיילר חשוב מאוד בפיתוח תוכנה, כי כמעט בלתי אפשרי לכתוב קוד בינארי שיעשה את הפעולות המורכבות במיוחד שעושות תוכנות מודרניות.
לכן גם פיתחו את שפות התכנות העיליות, שפות High level המאפשרות כתיבה במילים ובתחביר שהוא ככל האפשר קרוב לזה של שפות אנושיות, תחביר מובן יותר לבני אדם ושקל יחסית לזכור.
ואגב, יש גם מקרים שהמהדר ממיר שפה עילית לשפת ביניים, שפה שאינה שפת מכונה ולמעשה היא באמצע, משהו בין שפות עיליות וקלות יחסית לתכנות, לשפת המכונה המורכבת במיוחד.
כך פועל הקומפיילר (מתורגם):
https://youtu.be/QXjU9qTsYCc
ושפת המכונה וכיצד אנו מתקשרים איתה דרך שפות תכנות עיליות:
https://youtu.be/GbBI7LSijnM
