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.
»
«
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
מהו הברק ואיך הוא נוצר?
מהו הגנרטור של ואן דה גראף?
מחולל ואן דה גראף (Van de Graaf generator), או מחולל ואן דר גראף כמו שמכנים אותו רבים, הוא מכשיר מרתק בעולם הפיזיקה. הוא מדגים באופן מוחשי את העקרונות של חשמל סטטי וממחיש את היכולת להפוך אנרגיה מכנית לחשמלית, תוך שילוב פשטות מכנית עם תוצאות חשמליות מרשימות.
מכשיר זה, שפותח ב-1931 על ידי הפיזיקאי האמריקאי רוברט ואן-דר-גרף (Robert Jemison Van de Graaff), הוא משאבת מטענים המפרידה בין מטענים חיוביים לשליליים.
בליבו של המחולל, הגנרטור, נמצאת חגורת גומי או פלסטיק, המסתובבת במהירות בין שתי גלגלות. תנועה זו, פשוטה ככל שתהיה, היא המפתח ליצירת מתחים גבוהים מאוד. כאשר החגורה נעה, היא אוספת מטענים חשמליים מזעריים ממברשות מתכת הממוקמות בתחתית המכשיר. מטענים אלה מועברים לחלקו העליון של המכשיר, שם הם נאספים על ידי כיפות מתכת גדולות.
התהליך הזה, המתרחש באופן מתמיד, גורם להצטברות של מטענים חיוביים בכיפה העליונה ומטענים שליליים בכיפה התחתונה. ההפרדה הזו של מטענים יוצרת הפרש פוטנציאלים עצום בין שתי הכיפות, שיכול להגיע למאות אלפי וולטים. התוצאה המרשימה ביותר של תהליך זה היא היווצרות של ניצוצות חשמליים מרהיבים בין הכיפות.
מחולל הוואן דר גרף משמש לא פעם להדגמת כוח החשמל הסטטי, בעיקר דרך תופעת השיער המזדקר. כשאדם נוגע במכשיר, מטענים חשמליים מתפזרים על גופו ושערו. כל שערה שנטענת באותו מטען, גורמת לדחייה הדדית ולהזדקרות דרמטית. עוצמת התופעה תלויה בכמות המטען, אורך השיער ותנאי הסביבה.
למרות המראה המרשים ואולי אף מפחיד לרגע, התופעה בטוחה בדרך כלל. היא מזכירה תופעות יומיומיות כמו "פצפוצים" בהורדת סוודר או שיער "מעופף" בסירוק. תופעה זו, המהווה כלי חינוכי מצוין להמחשת עקרונות החשמל, מדגימה כיצד כוחות פיזיקליים משפיעים על חיינו היומיומיים.
למרות שכיום מחולל ואן דר גרף משמש בעיקר להדגמות בשיעורי פיזיקה, בעבר היה לו תפקיד חשוב במחקר מדעי ואפילו ברפואה. יתרונו הגדול טמון ביכולתו לייצר מתחים גבוהים מאוד באמצעות מנגנון פשוט יחסית. עם זאת, המכשיר סובל מיעילות נמוכה ומקושי בשליטה מדויקת על המתח המיוצר.
חינוכית, מחולל ואן דר גרף הוא דוגמה מצוינת לאופן שבו עקרונות פיזיקליים בסיסיים יכולים להוביל לתוצאות מרשימות. הוא ממחיש את הקשר בין תנועה מכנית לבין אנרגיה חשמלית, ומדגים את העוצמה הטמונה בהפרדת מטענים חשמליים. גם בעידן הטכנולוגי המתקדם שלנו, מכשיר פשוט זה עדיין מצליח להפליא ולהלהיב תלמידים וחובבי מדע כאחד.
כך פועל ואן דר גראף גנרטור:
https://youtu.be/y20lKZB5BR0
הדגמה של מחולל ואן דר גראף (עברית):
http://youtu.be/Ii1UifBoTb0?t=15s
השיער המזדקר:
https://youtu.be/3Ptu07enIsY
בחיוך אבל מיסטר בין חייב להיות בלתי:
https://youtu.be/dJ-Bp852A-w
מהו כליא הברק שהמציא בנג'מין פרנקלין?
כליא-ברק (Lightning rod) הוא מתקן פשוט המגן על הבית מפגיעת ברק. כליא-הברק הוא בעצם מוט ברזל שמושך אליו את הברק המאיים לפגוע בבית ומנתב את המטען החשמלי שלו אל הקרקע, מבלי שיגרום נזק.
ממציא הכליא-ברק הוא בנג'מין פרנקלין, מדען ודמות ציבורית שרבים סבורים בטעות שהיה נשיא ארצות הברית.
פרנקלין המציא את המתקן הפשוט לאחר שגילה שברק הוא בעצם התפרקות חשמלית. הוא גם זיהה שהברק נוטה לפגוע בנקודה הגבוהה ביותר שבקרבתו. מכך הסיק פרנקלין שאם ימקם מוט ברזל מעל לבניין הוא יאפשר לברק להתפרק מהמטען החשמלי שלו, בלא שיזיק לבניין עצמו וליושביו.
הנה סרטון שמסביר על הברקים והיווצרותם ועל המצאתו של פרנקלין (מתורגם):
http://youtu.be/HkSWuoF9_NM
המחקרים של פרנקלין ותרומתו להיסטוריה של מחקר וגילוי החשמל:
https://youtu.be/dqm8PTEIcBA
וכך נראה כליא ברק בסרט הבדיוני "מסע למעמקי האדמה":
http://youtu.be/_BhAyhppOvw
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
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
מחולל ואן דה גראף (Van de Graaf generator), או מחולל ואן דר גראף כמו שמכנים אותו רבים, הוא מכשיר מרתק בעולם הפיזיקה. הוא מדגים באופן מוחשי את העקרונות של חשמל סטטי וממחיש את היכולת להפוך אנרגיה מכנית לחשמלית, תוך שילוב פשטות מכנית עם תוצאות חשמליות מרשימות.
מכשיר זה, שפותח ב-1931 על ידי הפיזיקאי האמריקאי רוברט ואן-דר-גרף (Robert Jemison Van de Graaff), הוא משאבת מטענים המפרידה בין מטענים חיוביים לשליליים.
בליבו של המחולל, הגנרטור, נמצאת חגורת גומי או פלסטיק, המסתובבת במהירות בין שתי גלגלות. תנועה זו, פשוטה ככל שתהיה, היא המפתח ליצירת מתחים גבוהים מאוד. כאשר החגורה נעה, היא אוספת מטענים חשמליים מזעריים ממברשות מתכת הממוקמות בתחתית המכשיר. מטענים אלה מועברים לחלקו העליון של המכשיר, שם הם נאספים על ידי כיפות מתכת גדולות.
התהליך הזה, המתרחש באופן מתמיד, גורם להצטברות של מטענים חיוביים בכיפה העליונה ומטענים שליליים בכיפה התחתונה. ההפרדה הזו של מטענים יוצרת הפרש פוטנציאלים עצום בין שתי הכיפות, שיכול להגיע למאות אלפי וולטים. התוצאה המרשימה ביותר של תהליך זה היא היווצרות של ניצוצות חשמליים מרהיבים בין הכיפות.
מחולל הוואן דר גרף משמש לא פעם להדגמת כוח החשמל הסטטי, בעיקר דרך תופעת השיער המזדקר. כשאדם נוגע במכשיר, מטענים חשמליים מתפזרים על גופו ושערו. כל שערה שנטענת באותו מטען, גורמת לדחייה הדדית ולהזדקרות דרמטית. עוצמת התופעה תלויה בכמות המטען, אורך השיער ותנאי הסביבה.
למרות המראה המרשים ואולי אף מפחיד לרגע, התופעה בטוחה בדרך כלל. היא מזכירה תופעות יומיומיות כמו "פצפוצים" בהורדת סוודר או שיער "מעופף" בסירוק. תופעה זו, המהווה כלי חינוכי מצוין להמחשת עקרונות החשמל, מדגימה כיצד כוחות פיזיקליים משפיעים על חיינו היומיומיים.
למרות שכיום מחולל ואן דר גרף משמש בעיקר להדגמות בשיעורי פיזיקה, בעבר היה לו תפקיד חשוב במחקר מדעי ואפילו ברפואה. יתרונו הגדול טמון ביכולתו לייצר מתחים גבוהים מאוד באמצעות מנגנון פשוט יחסית. עם זאת, המכשיר סובל מיעילות נמוכה ומקושי בשליטה מדויקת על המתח המיוצר.
חינוכית, מחולל ואן דר גרף הוא דוגמה מצוינת לאופן שבו עקרונות פיזיקליים בסיסיים יכולים להוביל לתוצאות מרשימות. הוא ממחיש את הקשר בין תנועה מכנית לבין אנרגיה חשמלית, ומדגים את העוצמה הטמונה בהפרדת מטענים חשמליים. גם בעידן הטכנולוגי המתקדם שלנו, מכשיר פשוט זה עדיין מצליח להפליא ולהלהיב תלמידים וחובבי מדע כאחד.
כך פועל ואן דר גראף גנרטור:
https://youtu.be/y20lKZB5BR0
הדגמה של מחולל ואן דר גראף (עברית):
http://youtu.be/Ii1UifBoTb0?t=15s
השיער המזדקר:
https://youtu.be/3Ptu07enIsY
בחיוך אבל מיסטר בין חייב להיות בלתי:
https://youtu.be/dJ-Bp852A-w
כליא-ברק (Lightning rod) הוא מתקן פשוט המגן על הבית מפגיעת ברק. כליא-הברק הוא בעצם מוט ברזל שמושך אליו את הברק המאיים לפגוע בבית ומנתב את המטען החשמלי שלו אל הקרקע, מבלי שיגרום נזק.
ממציא הכליא-ברק הוא בנג'מין פרנקלין, מדען ודמות ציבורית שרבים סבורים בטעות שהיה נשיא ארצות הברית.
פרנקלין המציא את המתקן הפשוט לאחר שגילה שברק הוא בעצם התפרקות חשמלית. הוא גם זיהה שהברק נוטה לפגוע בנקודה הגבוהה ביותר שבקרבתו. מכך הסיק פרנקלין שאם ימקם מוט ברזל מעל לבניין הוא יאפשר לברק להתפרק מהמטען החשמלי שלו, בלא שיזיק לבניין עצמו וליושביו.
הנה סרטון שמסביר על הברקים והיווצרותם ועל המצאתו של פרנקלין (מתורגם):
http://youtu.be/HkSWuoF9_NM
המחקרים של פרנקלין ותרומתו להיסטוריה של מחקר וגילוי החשמל:
https://youtu.be/dqm8PTEIcBA
וכך נראה כליא ברק בסרט הבדיוני "מסע למעמקי האדמה":
http://youtu.be/_BhAyhppOvw
