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

יש הטוענים שהפקת חשמל היא תגלית עתיקה הרבה יותר משידענו. סוללת בגדד היא אולי סוללה עתיקה במיוחד, "בטרייה" בת כ-2,000 שנה.

בשנת 1936 נמצאו סוללות כאלה עשויות חימר, בהריסות הכפר פארטיאן, במקום שבו בנויה כיום בגדד בירת עיראק.

החוקרים מעריכים שאת המתקן בנו הפרתים, ששלטו באזור בסביבות שנת 250 לפני הספירה.

היה זה הארכיאולוג הגרמני וילהלם קניג שחקר את המתקן עשוי החימר, שהתגלה כשהפועלים הניחו פסי רכבת. כשבחן היטב את הסיר העשוי קרמיקה ובתוכו מוט ברזל וצילינדר מנחושת, הוא נדהם. התברר לו שככל הנראה ולמרבה ההפתעה הוא אוחז בידיו מתקן קדום שיתכן ששימש להפקת חשמל מחומרים חומציים (מיצי הדרים, ענבים וסוגי חומץ).

מטרת המכשיר, לדעתו של קניג, הייתה לצורך ציפוי של חפצים באלקטרופלט. טענה זו אינה מקובלת היום, מאחר שמעולם לא התגלו באזור חפצים מצופים מאותה תקופה.

מתנגדים להשערה הזו גורסים שאותם כדי חימר שימשו לאיחסון מגילות, או כמשככי כאבים, המקילים על הכאב באמצעות העברת מטען חשמלי, תחליף לדגי החשמל ששימשו לא פעם את התרבויות היוונית והרומית לטיפול בכאבי ראש ושאר מיחושים.

מכל מקום, ההשערה הפופולרית היא שזו אולי סוללה עתיקה, שקדמה באלפי שנים לכל טכנולוגיה חשמלית מודרנית. הרי הסוללה החשמלית המודרנית הומצאה רק בשנת 1867.

כך או כך, סוללות בגדד ההן הפיקו באמצעים כימיים בערך וולט אחד של חשמל. זה אולי לא הרבה אבל זה הספיק לפרתים כדי לצפות מטבעות כסף בציפוי זהב, או לאלקטרוליזה, גלוון או ציפוי של תכשיטים וחפצי אמנות בזהב.

ואכן, אם צודקים החוקרים התומכים בטענת הסוללה, הרי שהידע לגבי יצור של חשמל ושמירתו במעין סוללה, היה בידי האדם הרבה לפני מחקריו של אלסנדרו וולטה, מי שייצר את הסוללה הראשונה.


הנה הדגמה של הסוללות העתיקות של בגדד:

http://youtu.be/fSDGpJwRSzM


סיפור התגלית של הסוללות העתיקות הללו:

http://youtu.be/8Evm9hTWYxQ


ובטריית בגדד ברצף ההיסטורי של תולדות גילוי החשמל:

https://youtu.be/dqm8PTEIcBA

בעיקרון הסוללה הנטענת היא סוללה חשמלית. כמו סוללה רגילה, גם בה יש חומרים כימיים שמפיקים חשמל. זה קורה על ידי מעבר של אלקטרונים מצד לצד שלה.

אבל ליד חומרי יצירת החשמל הרגילים, יש בסוללה נטענת גם תא אלקטרוליטי. תפקידו של התא הזה הוא להשיב את האנרגיה החשמלית, האלקטרונים, אל הסוללה המרוקנת מחשמל.

זה נעשה באמצעות שינויים כימיים. השינויים הללו מחייבים אנרגיה ולכן מחברים את המטען אל החשמל, או לקולטי שמש שייצרו חשמל. רק אז יכולה הסוללה הנטענת להיטען מחדש.


הנה סרטון מפורט על פעולת הסוללות הללו (מתורגם):

http://youtu.be/9OVtk6G2TnQ


וכך פועלת סוללה נטענת:

http://youtu.be/3KX_KuS6FPI

הסוללה הנטענת הפכה בעידן המודרני לאחד המרכיבים החשובים במכשירים שאנו כל כך מרבים להשתמש בהם.

ממחשבים ניידים ועד לטלפונים סלולאריים, רמקולי בלוטות', טאבלטים ושעונים חכמים, נראה שכמעט הכל היום מתבסס על אנרגיה שנטענת לתוך סוללות שכאלה.

אבל איך הן נטענות בעצם?

אז ראשית, הטעינה בסוללות נטענות היא בעצם המרה של אנרגיה כימית לאנרגיה חשמלית.

בטעינה של סוללה נטענת גורם הזרם החשמלי המופעל על הסוללה לתגובה כימית שאוגרת באלקטרודות שבסוללה אנרגיה חשמלית. התגובה הכימית הזו היא בעצם נדידת יונים שמתאפשרת במגע עם הקוטב החיובי והשלילי שבקצוות הסוללה.

בעת השימוש בסוללה אנחנו משתמשים באנרגיה החשמלית שנטענה בה, כלומר בזרם החשמלי שנטען בה, לצורך השימוש במכשירים המחוברים אליה, עד שהיא מתרוקנת.

כך אנו מרוקנים את הסוללה ומחזירים אותה בחזרה למצב לא טעון, מצב של אנרגיה כימית.

למתעניינים בכימיה של העניין - התגובה הכימית שנאגרת בסוללה הטעונה כוללת העברה של יונים טעונים, דרך תמיסת אלקטרוליט, מאלקטרודה אחת לאחרת.

היתרון של סוללות נטענות, למעשה, הוא שעל ידי הפעלת זרם חשמלי בכיוון ההפוך, ניתן בהן להפוך את התהליך הזה וכך לטעון ולהשתמש שוב ושוב באנרגיה החשמלית שנטענה בהן.

קיימים כיום כמה סוגים של סוללות נטענות, כולן פועלות על עיקרון בסיסי זהה, של המרה חוזרת ונשנית של אנרגיה כימית לאנרגיה חשמלית.

בין סוגי הסוללות הנטענות יש את סוללות הניקל-קדמיום (NiCad) שבהן אלקטרודות ניקל אוקסיד קדמיום, סוללות ליתיום-יון (Li-ion), המשתמשות ביוני ליתיום ואלקטרודת גרפיטי, סוללות ניקל-מטאל-הידריד (NiMH), שעושות שימוש בתחמוצת ניקל ואלקטרודת מתכת הידרידית וסוללות עופרת-חומצה, עם אלקטרודות עופרת ועופרת אוקסיד ובהן משתמשים בדרך כלל במכוניות ובכלי רכב אחרים.


כך פועלת סוללה נטענת:

http://youtu.be/3KX_KuS6FPI


סים שהשתלטה על מכרות ליתיום לצורך הייצור (עברית):

https://youtu.be/URKBvousvYI


וזה אופן הפעולה של סוללות כאלו (מתורגם):

http://youtu.be/9OVtk6G2TnQ

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

הפנס מופעל על ידי חשמל מהסוללות שבתוכו. החשמל העובר מהסוללה מגיע אל הנורה של הפנס. בזכותו נדלקת הנורה.

האור של הנורה מתחזק אף יותר בזכות מראה המקיפה את בית הנורה. המראה הזו מחזירה את האור ומגדילה את אלומת האור של הפנס, כשבמיוחד בולט הדבר בחשיכה.


הנה סרטון אנימציה שמסביר את פעולת הפנס:

http://youtu.be/QQ6aRfJKODE

נחתת החלל "פילאה", שנשלחה מהחללית "רוזטה" לנחות על השביט צ'וריומוב גרסימנקו P67, לא הצליחה להיאחז במקום הנחיתה ולכן קפצה מספר פעמים עד שהצליחה להתמקם סופית על צ'ורי, כינוי החיבה של כוכב השביט הקטן. המדענים מסוכנות החלל האירופית היו בטוחים שמשימת המחקר עומדת להתחיל, אך במהרה הם הבינו את הקושי במיקום - בניגוד לתכניות, "פילאה" חנתה ליד צוק גבוה שהסתיר לה את אור השמש. בלי אור השמש, ידעו החוקרים, יתרוקנו במהירות הסוללות הסולאריות, שנטענות מאור השמש.

ואכן, הסוללות המתרוקנות אפשרו לנחתת רק כמה שעות של מחקר. נחתת החלל הספיקה לפעול בהיקף מלא רק זמן קצר. בין השאר העבירה צילומים על צבעו האדום של השביט (בניגוד לסברות שצבעו אפור) והספיקה לבצע מעט בדיקות. מאז היא ממשיכה בפעילות נמוכה, שכן התאים הסולאריים נחשפים לאור השמש רק כשעה וחצי ביום בלבד. משימות המחקר שלה נפגעו אבל מתבצעות לאיטן.


הנה הנחיתה של הפילה על כוכב השביט:

http://youtu.be/xCo8GB6Q37I


תכנית הנחיתה המקורית של הפילאה אמורה הייתה לירות ברגי התחברות לקרקע ולא הצליחה:

https://youtu.be/uI7D7FGh7cY


ועל החשיבות של בחירת מקום הנחיתה הנכון, מה שהפך אכן לבעיה:

http://youtu.be/KiYLqX20I74

האגם (Lake) הוא מקווה מים שמוקף ביבשה ונקרא גם ימה.

האגמים בעולם נוצרו בטבע בשלוש דרכים עיקריות:

בעקבות רעידות אדמה - אלה גרמו להצפות של מים (כך נוצרו הכינרת וים המלח שלנו). יש גם אגמים שנוצרו בלועות של הרי געש רדומים.

חסימת נהרות - אגמים אחרים נוצרו מנהרות שנחסמו ונוצרו הצפות של מים.

קרחונים - הכי הרבה אגמים בעולם נוצרו בתום עידן הקרח, מקרחוני ענק שגלשו מן ההרים. בתקופת הקרח כיסו שכבות אדירות של קרח את חלקו הגדול של כדור-הארץ. בסופו של עידן הקרח, כשכדור הארץ התחמם, גלש הקרח שהצטבר בהרים לאט במורדות, עד שהגיע לעמקים. עמקים אלה הפכו פעמים רבות לאגמים גדולים.


כך נוצר אגם קרייטר מהר געש עתיק:

http://youtu.be/8Eq-xBvLqXs


יש אגמים שנוצרו מקרחונים:

https://youtu.be/_dlZOtN-aww


קרחון מתמוסס, כמו אלה שהפכו לאגמים:

http://youtu.be/1s5-IvHVDqg


וכיצד הופכים אגמי ענק לסוללות עצומות שאוגרות אנרגיה (מתורגם):

https://youtu.be/r4OWMSG4Agg

המצבר, אותו מתקן פשוט ויעיל, שאוגר חשמל ושומר אותו לשעת הצורך, שינה לחלוטין את חיינו בעידן המודרני. אין מכשיר המשמש אותנו כשאנו ניידים, שאינו מופעל על ידי מצברים כלשהם.

אבל מצברים כאלו הם מוגבלים. הם קטנים ומשמשים לאגירת כמויות קטנות של חשמל ולא יכולים לאגור אנרגיה בכמות שתאפשר יותר.

הצורך באגירת אנרגיה (Energy storage) בימינו הוא עצום. הוא הכרחי בעידן ההתחממות הגלובלית, עידן בו נעשים מאמצים לעבור לאנרגיות חלופיות ונקיות במקום האנרגיות המזהמות והמתכלות כמו פחם, דלק וגז.

ובעידן הזה מורגש יותר מתמיד חסרונם של מצברים או פתרונות אגירה של אנרגיה ירוקה בכמויות ענק.

למעשה, מה שמקשה יותר מכל על האנושות לעבור לאנרגיות חלופיות, ובמיוחד לאנרגיות נקיות, הוא חוסר היכולת הנוכחית לאגור את האנרגיה הירוקה והעצומה שניתן לייצר באמצעים הללו, לזמנים בהם השמש לא זורחת או שהרוח לא נושבת.

כי טורבינות רוח ענקיות, חוות ענק סולאריות המייצרות חשמל מאור השמש, סכרים עם טורבינות מים שמפיקות חשמל מכוח המים הזורמים וכדומה - כולם טובים ומייצרים חשמל בנדיבות, אבל איך נשמור ונאגור את החשמל שהם מייצרים ללא סוג מתאים של מצברים או אמצעי אגירה כלשהם?

הרי אם אינך יכול לשמור לחורף את החשמל שצברת מהשמש הקיצית, איך תסתדר בלי פחם או גז מזהמים בחורף הקר?

זו השאלה הגדולה וזה האתגר הטכנולוגי הגדול ביותר של פיזיקאים וממציאים בזמננו, כשברור שמשבר האקלים לא יסתיים מעצמו, שהשעון מתקתק וממש לא לאיטו.

חברות טכנולוגיה מנסות לפתח את האמצעים הללו, שיצילו במידה רבה את העולם. בעולם משתמשים באנרגיה הנותרת מעודף הייצור הירוק, כדי להחזיר את המים בחזרה למאגר העליון. זה יאפשר להשתמש בהם שוב כשיהיה צורך בחשמל רב, אבל מחייב מערכות עצומות ויקרות ושטחים נרחבים.

בישראל פועל מיזם פורץ דרך שכבר הוכיח את יכולתו באגירת החשמל לסלעים אבל נתקל בבירוקרטיה מרגיזה שמונעת פתרון ארצי והפיכה למעצמה המובילה בתחום. בפינלנד מפתחים טכנולוגיה שבה יאגרו את חום השמש בחול, עד לשימוש בו בעונת החורף. נקווה לטוב.


הנה כתבה מצוינת על הצורך באגירת אנרגיה בעולם המתחמם (עברית):

https://youtu.be/DhCMYteuM3o


ישראל הפכה בשנים האחרונות למעצמת אגירה (עברית):

https://youtu.be/DGJYEf30GcY


פטנט ישראלי לאגירת חום בסלעים הוא מוצלח ומבטיח (עברית):

https://youtu.be/-6Rzs5mrEqs


אגירת מים קרים בלילה כפתרון למיזוג חסכוני של בניינים בשעות היום (עברית):

https://youtu.be/GRd-2iTQJDQ


האם אלה מצברי העתיד?

https://youtu.be/ZXo66rawpHQ?long=yes


אולי ים יוכל לשמש לאיחסון של אנרגיה?

https://youtu.be/gd1fTJ-csio?long=yes


וסרטון תיעודי על הצורך הגדול בפתרונות אגירת אנרגיה למעבר לאנרגיה חלופית:

https://youtu.be/EoTVtB-cSps?long=yes