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.
»
«
מיהו מייקל פאראדיי שאילף את החשמל?
מייקל פאראדיי (Michael Faraday) היה חוקר יוצא דופן בהיסטוריה האנושית. הוא נחשב לאחד מאנשי המדע החשובים בהיסטוריה, אף שלא זכה ללמוד באוניברסיטה או בבית ספר תיכון ואת מרבית הידע המדעי שלו רכש בעצמו, בסקרנות, בקריאת ספרים, בהאזנה להרצאות ציבוריות ובהתלהבות אינסופית מהמדע.
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, התגבר על קשיים כלכליים ופערי המעמדות האנגליים וחתר לרכוש ידע בהאזנה להרצאות שעליהן שילם בכספו המועט.
כשביקר בהרצאות של מדען מפורסם אז בשם סר המפרי דייווי הוא כתב רשימות של כל מה ששמע ממנו, כרך אותן לספר שלם, עם כל תוכן ההרצאות ושלח למרצה המדען.
בשלב מסוים אותו דייווי, שמעט הסתייג ממנו בתחילה, נפצע בתאונת מעבדה. כתוצאה מכך, ראייתו נפגעה והוא התקשה לכתוב. הוא הזמין את פאראדי לעבוד במעבדתו, ברישום פרטי המחקרים שלו. כך זכה מייקל הצעיר בהזדמנות ושימש בתור כותב הפתקים ומסכם של כל מה שהמדען חשב, הסיק וגילה.
דיווי התרשם יותר ויותר מהבחור הצעיר והחכם. כשאחד מעובדי המעבדה פוטר, הוא הציע לפאראדיי לעבוד במעבדה בתור אסיסטנט לכימיה.
די מהר התלמיד עלה על המורה. כי במהלך העבודה החל פאראדיי 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. אם עלה בראשו רעיון חדש, שנתמך ביסודות תיאורטיים משמעותיים, הוא לא ויתר על בדיקתו, בניסויים חוזרים ומכל כיוון אפשרי, עד שקיבל את התוצאה המצופה ולמד את סיבת הכישלונות הקודמים.
פאראדיי היה חכם ועניו. לעתים רחוקות הוא גילה שהשערותיו המוקדמות היו שגויות והוא הקפיד לתעד אותן ולהבינן היטב, בחתירה המתמדת שלו - להבין ולהצליח.
כך הוא גילה את תכונותיו של השדה המגנטי ובנה 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, ענה בשלילה שוב ושוב מי שגבר בחייו על הקשיים הכלכליים, פערי המעמדות והחוסר בהשכלה והיה לאחד מגדולי המדענים בהיסטוריה.
הנה קיצור 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
וסיפורו של מייקל פאראדיי והמצאת החשמל לילדים (עברית):
https://youtu.be/OmfypSQlx-A?t=1m20s&longyes?long=yes
מהי אלקטרומגנטיות?
אֱלֶקְטְרוֹמַגְנֵטִיּוּת (Electromagnetism) היא הקשר המיוחד שבין חשמל למגנטיות. זהו תחום בפיזיקה שעוסק בתופעות הקשורות למטען חשמלי.
אֱלֶקְטְרוֹמַגְנֵט הוא מגנט שנוצר מזרם חשמלי. אלקטרומגנט ניתן ליצור באמצעות כל תיל (חוט) שבו עובר זרם חשמלי, המייצר מסביבו שדה מגנטי.
איך יוצרים אלקטרומגנט? - ניקח את הסילונית, שהיא פיסת תיל מבודד, כלומר שיש בידוד מסביבו. אם זרם חשמלי עובר דרך הסילונית וכל עוד עובר בה זרם, תתנהג הסילונית כמגנט. כלומר, יהיה לה שדה חשמלי חזק, שיש בו קוטב דרומי וקוטב צפוני.
אגב, אם מפזרים אבקת ברזל סביב תיל, ניתן לראות שכשהזרם החשמלי מופעל ועובר בו, חלקיקי אבקת הברזל יסתדרו במעגלים, לפי השדה המגנטי שהתיל יוצר.
השדה האלקטרומגנטי או שדה כוח אלקטרומגנטי מורכב משדה חשמלי ושדה מגנטי שנעים ביחד כשהם מצומדים. במילים אחרות, אובייקטים בעלי מטען חשמלי שנמצאים בתאוצה, מתפשטים יחד ומשפיעים זה על זה, מה שיוצר את השדה האלקטרומגנטי.
אלקטרומגנטיות היא תופעה מדהימה. כבר ב-1820 גילה הנס כריסטיאן ארסטד (Ørsted) פרופסור לפיזיקה וכימיה מדנמרק, שזרם חשמלי שזורם דרך תיל, גורם למחט של מצפן סמוך להסתובב ולסטות מהצפון. הוא היה הראשון שזיהה קשר כלשהו בין חשמל למגנטיות.
מייקל פאראדיי, מגלה האלקטרומגנטיות, היה הראשון שהבין שישנו שדה חשמלי שמקיף כל מטען חשמלי בעולם. השדה החשמלי הזה זז עם המטען החשמלי לכל מקום שבו נמצא המטען החשמלי הזה. פאראדיי שיער גם שטלטול של המטען החשמלי מייצר "קרינה אלקטרומגנטית". ב-1931 הוא מצא ששדה מגנטי משתנה, שיצר מגנט מתנועע, יכול להביא לזרימת חשמל בסליל מוליך. מכאן יווצרו הגנרטורים, מחוללים של חשמל, שמייצרים כיום חשמל בכמויות חשמל, על ידי כוח מגנטי משתנה, המניע אלקטרונים בתיל, בכיוון מסוים ובכך יוצרים זרם.
גם זרם חילופין יוצר שדה אלקטרומגנטי. זו אחת התרומות של ניקולה טסלה, ממציא זרם החילופין והאיש שלו אנו חייבים את מערכת החשמל המודרנית.
באמצעות הקרינה האלקטרומגנטית עובדים כיום מכשירים כמו הרדיו, הטלוויזיה, הטלפון הנייד, הרנטגן, המיקרוגל ועוד. הדבר המדהים שרובנו לא יודעים הוא שגם אור הוא קרינה אלקטרומגנטית.
הנה האלקטרומגנטיות והאופן בו אנו חווים אותה ביום יום - באור, בגלי הרדיו ועוד (מתורגם):
https://youtu.be/O0PawPSdk28
הדגמה מומחשת של האלקטרומגנטיות:
https://youtu.be/Elv3WpL32UE
והאם הקרינה האלקטרומגנטית הולכת ופוגעת בנו? (מתורגם):
https://youtu.be/FfgT6zx4k3Q?long=yes
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
כיצד יצר מייקל פאראדיי את המנוע החשמלי הראשון?
מייקל פאראדיי בא ממשפחה דתית וענייה. בגיל צעיר הוציאה אותו אימו בבית הספר, לאחר שהמורה רצתה להלקותו. הוא עבד בכריכייה מגיל 13 וקרא בה הרבה ספרים. כשצפה בהרצאה של המדען בעל השם המפרי דיווי, שהדגים את החשמל, הוא סיכם את הרצאתו וכרך את הרשימות לספר, שאותו הגיש למדען במתנה.
המדען התרשם מהילד הסקרן וההחלטי וכשדיווי נפגע בעיניו הוא הפך את פאראדיי לעוזרו במכון המלכותי בלונדון. כשפרופסור דיווי לא הבין את האלקטרומגנטיות והקשר שלה לחשמל, פאראדיי חקר את הנושא והמציא את המנוע החשמלי הראשון בהיסטוריה!
שנים אחר כך כשדיווי ימות, יהפוך מייקל לראש המעבדה. בהמשך הוא ימציא את הגנרטור שייצר חשמל מתנועה ואת השנאי. גם כשחלה במוחו בגיל 49 והחל לאבד את זכרונו, הישגיו לא נעצרו.
בחייו הוא חקר את הקשר בין החשמל, המגנטיות והאור ונחשב מגדולי החוקרים בהיסטוריה.
הנה הקשר שגילה פאראדיי בין מגנטים לייצור חשמל ואיך הוא הביא לנו את החשמל (עברית):
https://youtu.be/Hc5LhnBbH9A
טבעת ההשראה החשמלית שמייקל פאראדיי יצר במו ידיו (מתורגם):
https://youtu.be/5HlQnEPalS4
על ניסוייו של מייקל פאראדיי:
http://youtu.be/ZuO7kJZ12g8?t=20s
הדגמה מרהיבה של המנוע הפשוט מהסוג שהגה פאראדיי:
http://youtu.be/MrGW7Fod7y0
אפשרויות נוספות למנועים הומופולריים עם סוללה:
http://youtu.be/xbCN3EnYfWU
והצצה ליומן של פאראדיי שבו העלה לראשונה את הרעיון למנוע ההומופולרי:
http://youtu.be/KD5MQL3UE6o
מהו הדינמו וכיצד הוא פועל?
מקור המילה דינמו (dynamo) הוא ביוונית ומשמעותה "כוח". ואכן, הדינמו הוא סוג של גנרטור שהפך לאבן דרך משמעותית בהתפתחות החשמל המודרני.
סיפור הדינמו מתחיל בתקופה שבה החשמל היה עדיין תעלומה גדולה. בימי יוון העתיקה, אנשים כבר הבחינו בתופעות חשמליות פשוטות, כמו היכולת של ענבר משופשף למשוך עלים קטנים. אך רק במאה ה-18 החלה ההבנה המדעית של החשמל להתפתח באמת.
הפריצה הגדולה הגיעה בסוף המאה ה-18, כאשר מדען איטלקי בשם לואיג'י גלוואני גילה את קיומו של זרם חשמלי. במהלך ניסוי בצפרדע מתה, הוא הבחין שנגיעה של כלי מתכת ברגל הצפרדע גרמה לה לזוז. תגלית זו הובילה לסדרת מחקרים שהגיעו לשיאם עם המצאת הסוללה הראשונה על ידי אלסנדרו וולטה.
אך למרות ההתקדמות הזו, עדיין היה חסר מקור חשמל יעיל ורב-עוצמה שיכול לספק אנרגיה באופן מתמשך.
וכאן נכנס לתמונה הדינמו.
הדינמו, שהומצא בשנות ה-30 של המאה ה-19 על ידי מייקל פאראדיי (Michael Faraday), היה פריצת דרך אמיתית. פאראדיי גילה את עקרון האינדוקציה האלקטרומגנטית ב-1831, מה שאפשר לו להדגים שנה אחר כך את הדינמו הראשון.
בלשון פשוטה נסביר שהתגלית שלו הייתה שכשמניעים מוליך חשמלי בתוך שדה מגנטי, נוצר זרם חשמלי. תגלית זו הובילה אותו להמצאת הדינמו, שהיה למעשה המחולל החשמלי הראשון שיכול היה לספק חשמל לשימוש ביתי ותעשייתי.
שימו לב, זה המנוע הראשון בעולם. פשוט אבל מנוע ובעצם גם הסבא רבא של כל מנועי העולם של ימינו.
#אז איך בדיוק עובד הדינמו?
העיקרון פשוט למדי, אם כי היישום שלו מורכב יותר. בליבו של הדינמו נמצאת לולאת תיל המסתובבת בתוך שדה מגנטי חזק. כאשר הלולאה מסתובבת, היא חותכת את קווי השדה המגנטי, וזה גורם לאלקטרונים בתיל לנוע. תנועה זו של האלקטרונים היא זרם חשמלי.
הדינמו יכול לייצר גם זרם חילופין וגם זרם ישר, תלוי בתכנון שלו. כדי להפוך את התנועה הסיבובית הזו לזרם ישר שימושי, הדינמו משתמש במרכיב נוסף שנקרא קומוטטור. זהו מתקן פשוט יחסית שתפקידו להפוך זרם חילופין לזרם ישר, שניתן להשתמש בו.
חשוב לציין שהדינמו לא יוצר אנרגיה מכלום. הוא פשוט ממיר אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית. לכן, כדי שהדינמו יפעל, צריך להיות מקור כוח שיסובב אותו. בימים הראשונים, זה היה לרוב מנוע קיטור. בשנות ה-60 והלאה ההורים שלכם נסעו באופניים, כשהחשמל שהזין את הפנס בא מדינמו קטן שהוצמד לגלגל המסתובב.
היום, אנחנו משתמשים במגוון רחב של מקורות אנרגיה, מגנרטורים ביתיים, דרך טורבינות רוח או מים ועד כורים גרעיניים, כדי לסובב גנרטורים שהם למעשה צאצאים מתקדמים של הדינמו המקורי.
המצאת הדינמו הייתה צעד ענק קדימה בדרך לעידן החשמל המודרני. היא אפשרה לראשונה ייצור חשמל בכמויות גדולות ובאופן יעיל תוך שהיא פותחת את הדרך למהפכה התעשייתית. היום, למרות שהטכנולוגיה התקדמה מאוד, העקרונות הבסיסיים של הדינמו עדיין משמשים אותנו בייצור מרבית החשמל בעולם.
הנה תולדות הדינמו:
https://youtu.be/YkAzAnd-jMY
הסבר הדינמו:
https://youtu.be/kXUA6eAl_yM
דינמו בצורת בקבוק באופניים (ללא מילים):
https://youtu.be/qoVhqK4Hbrs
הרכבה עצמית של "דינמו בקבוק":
https://youtu.be/6Pa3up4hoXI
והדינמו של טסלה:
https://youtu.be/8xiIDWrfbdM
מייקל פאראדיי (Michael Faraday) היה חוקר יוצא דופן בהיסטוריה האנושית. הוא נחשב לאחד מאנשי המדע החשובים בהיסטוריה, אף שלא זכה ללמוד באוניברסיטה או בבית ספר תיכון ואת מרבית הידע המדעי שלו רכש בעצמו, בסקרנות, בקריאת ספרים, בהאזנה להרצאות ציבוריות ובהתלהבות אינסופית מהמדע.
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, התגבר על קשיים כלכליים ופערי המעמדות האנגליים וחתר לרכוש ידע בהאזנה להרצאות שעליהן שילם בכספו המועט.
כשביקר בהרצאות של מדען מפורסם אז בשם סר המפרי דייווי הוא כתב רשימות של כל מה ששמע ממנו, כרך אותן לספר שלם, עם כל תוכן ההרצאות ושלח למרצה המדען.
בשלב מסוים אותו דייווי, שמעט הסתייג ממנו בתחילה, נפצע בתאונת מעבדה. כתוצאה מכך, ראייתו נפגעה והוא התקשה לכתוב. הוא הזמין את פאראדי לעבוד במעבדתו, ברישום פרטי המחקרים שלו. כך זכה מייקל הצעיר בהזדמנות ושימש בתור כותב הפתקים ומסכם של כל מה שהמדען חשב, הסיק וגילה.
דיווי התרשם יותר ויותר מהבחור הצעיר והחכם. כשאחד מעובדי המעבדה פוטר, הוא הציע לפאראדיי לעבוד במעבדה בתור אסיסטנט לכימיה.
די מהר התלמיד עלה על המורה. כי במהלך העבודה החל פאראדיי 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. אם עלה בראשו רעיון חדש, שנתמך ביסודות תיאורטיים משמעותיים, הוא לא ויתר על בדיקתו, בניסויים חוזרים ומכל כיוון אפשרי, עד שקיבל את התוצאה המצופה ולמד את סיבת הכישלונות הקודמים.
פאראדיי היה חכם ועניו. לעתים רחוקות הוא גילה שהשערותיו המוקדמות היו שגויות והוא הקפיד לתעד אותן ולהבינן היטב, בחתירה המתמדת שלו - להבין ולהצליח.
כך הוא גילה את תכונותיו של השדה המגנטי ובנה 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, ענה בשלילה שוב ושוב מי שגבר בחייו על הקשיים הכלכליים, פערי המעמדות והחוסר בהשכלה והיה לאחד מגדולי המדענים בהיסטוריה.
הנה קיצור 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
וסיפורו של מייקל פאראדיי והמצאת החשמל לילדים (עברית):
https://youtu.be/OmfypSQlx-A?t=1m20s&longyes?long=yes
אֱלֶקְטְרוֹמַגְנֵטִיּוּת (Electromagnetism) היא הקשר המיוחד שבין חשמל למגנטיות. זהו תחום בפיזיקה שעוסק בתופעות הקשורות למטען חשמלי.
אֱלֶקְטְרוֹמַגְנֵט הוא מגנט שנוצר מזרם חשמלי. אלקטרומגנט ניתן ליצור באמצעות כל תיל (חוט) שבו עובר זרם חשמלי, המייצר מסביבו שדה מגנטי.
איך יוצרים אלקטרומגנט? - ניקח את הסילונית, שהיא פיסת תיל מבודד, כלומר שיש בידוד מסביבו. אם זרם חשמלי עובר דרך הסילונית וכל עוד עובר בה זרם, תתנהג הסילונית כמגנט. כלומר, יהיה לה שדה חשמלי חזק, שיש בו קוטב דרומי וקוטב צפוני.
אגב, אם מפזרים אבקת ברזל סביב תיל, ניתן לראות שכשהזרם החשמלי מופעל ועובר בו, חלקיקי אבקת הברזל יסתדרו במעגלים, לפי השדה המגנטי שהתיל יוצר.
השדה האלקטרומגנטי או שדה כוח אלקטרומגנטי מורכב משדה חשמלי ושדה מגנטי שנעים ביחד כשהם מצומדים. במילים אחרות, אובייקטים בעלי מטען חשמלי שנמצאים בתאוצה, מתפשטים יחד ומשפיעים זה על זה, מה שיוצר את השדה האלקטרומגנטי.
אלקטרומגנטיות היא תופעה מדהימה. כבר ב-1820 גילה הנס כריסטיאן ארסטד (Ørsted) פרופסור לפיזיקה וכימיה מדנמרק, שזרם חשמלי שזורם דרך תיל, גורם למחט של מצפן סמוך להסתובב ולסטות מהצפון. הוא היה הראשון שזיהה קשר כלשהו בין חשמל למגנטיות.
מייקל פאראדיי, מגלה האלקטרומגנטיות, היה הראשון שהבין שישנו שדה חשמלי שמקיף כל מטען חשמלי בעולם. השדה החשמלי הזה זז עם המטען החשמלי לכל מקום שבו נמצא המטען החשמלי הזה. פאראדיי שיער גם שטלטול של המטען החשמלי מייצר "קרינה אלקטרומגנטית". ב-1931 הוא מצא ששדה מגנטי משתנה, שיצר מגנט מתנועע, יכול להביא לזרימת חשמל בסליל מוליך. מכאן יווצרו הגנרטורים, מחוללים של חשמל, שמייצרים כיום חשמל בכמויות חשמל, על ידי כוח מגנטי משתנה, המניע אלקטרונים בתיל, בכיוון מסוים ובכך יוצרים זרם.
גם זרם חילופין יוצר שדה אלקטרומגנטי. זו אחת התרומות של ניקולה טסלה, ממציא זרם החילופין והאיש שלו אנו חייבים את מערכת החשמל המודרנית.
באמצעות הקרינה האלקטרומגנטית עובדים כיום מכשירים כמו הרדיו, הטלוויזיה, הטלפון הנייד, הרנטגן, המיקרוגל ועוד. הדבר המדהים שרובנו לא יודעים הוא שגם אור הוא קרינה אלקטרומגנטית.
הנה האלקטרומגנטיות והאופן בו אנו חווים אותה ביום יום - באור, בגלי הרדיו ועוד (מתורגם):
https://youtu.be/O0PawPSdk28
הדגמה מומחשת של האלקטרומגנטיות:
https://youtu.be/Elv3WpL32UE
והאם הקרינה האלקטרומגנטית הולכת ופוגעת בנו? (מתורגם):
https://youtu.be/FfgT6zx4k3Q?long=yes
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
מייקל פאראדיי בא ממשפחה דתית וענייה. בגיל צעיר הוציאה אותו אימו בבית הספר, לאחר שהמורה רצתה להלקותו. הוא עבד בכריכייה מגיל 13 וקרא בה הרבה ספרים. כשצפה בהרצאה של המדען בעל השם המפרי דיווי, שהדגים את החשמל, הוא סיכם את הרצאתו וכרך את הרשימות לספר, שאותו הגיש למדען במתנה.
המדען התרשם מהילד הסקרן וההחלטי וכשדיווי נפגע בעיניו הוא הפך את פאראדיי לעוזרו במכון המלכותי בלונדון. כשפרופסור דיווי לא הבין את האלקטרומגנטיות והקשר שלה לחשמל, פאראדיי חקר את הנושא והמציא את המנוע החשמלי הראשון בהיסטוריה!
שנים אחר כך כשדיווי ימות, יהפוך מייקל לראש המעבדה. בהמשך הוא ימציא את הגנרטור שייצר חשמל מתנועה ואת השנאי. גם כשחלה במוחו בגיל 49 והחל לאבד את זכרונו, הישגיו לא נעצרו.
בחייו הוא חקר את הקשר בין החשמל, המגנטיות והאור ונחשב מגדולי החוקרים בהיסטוריה.
הנה הקשר שגילה פאראדיי בין מגנטים לייצור חשמל ואיך הוא הביא לנו את החשמל (עברית):
https://youtu.be/Hc5LhnBbH9A
טבעת ההשראה החשמלית שמייקל פאראדיי יצר במו ידיו (מתורגם):
https://youtu.be/5HlQnEPalS4
על ניסוייו של מייקל פאראדיי:
http://youtu.be/ZuO7kJZ12g8?t=20s
הדגמה מרהיבה של המנוע הפשוט מהסוג שהגה פאראדיי:
http://youtu.be/MrGW7Fod7y0
אפשרויות נוספות למנועים הומופולריים עם סוללה:
http://youtu.be/xbCN3EnYfWU
והצצה ליומן של פאראדיי שבו העלה לראשונה את הרעיון למנוע ההומופולרי:
http://youtu.be/KD5MQL3UE6o
מייקל פאראדיי
מקור המילה דינמו (dynamo) הוא ביוונית ומשמעותה "כוח". ואכן, הדינמו הוא סוג של גנרטור שהפך לאבן דרך משמעותית בהתפתחות החשמל המודרני.
סיפור הדינמו מתחיל בתקופה שבה החשמל היה עדיין תעלומה גדולה. בימי יוון העתיקה, אנשים כבר הבחינו בתופעות חשמליות פשוטות, כמו היכולת של ענבר משופשף למשוך עלים קטנים. אך רק במאה ה-18 החלה ההבנה המדעית של החשמל להתפתח באמת.
הפריצה הגדולה הגיעה בסוף המאה ה-18, כאשר מדען איטלקי בשם לואיג'י גלוואני גילה את קיומו של זרם חשמלי. במהלך ניסוי בצפרדע מתה, הוא הבחין שנגיעה של כלי מתכת ברגל הצפרדע גרמה לה לזוז. תגלית זו הובילה לסדרת מחקרים שהגיעו לשיאם עם המצאת הסוללה הראשונה על ידי אלסנדרו וולטה.
אך למרות ההתקדמות הזו, עדיין היה חסר מקור חשמל יעיל ורב-עוצמה שיכול לספק אנרגיה באופן מתמשך.
וכאן נכנס לתמונה הדינמו.
הדינמו, שהומצא בשנות ה-30 של המאה ה-19 על ידי מייקל פאראדיי (Michael Faraday), היה פריצת דרך אמיתית. פאראדיי גילה את עקרון האינדוקציה האלקטרומגנטית ב-1831, מה שאפשר לו להדגים שנה אחר כך את הדינמו הראשון.
בלשון פשוטה נסביר שהתגלית שלו הייתה שכשמניעים מוליך חשמלי בתוך שדה מגנטי, נוצר זרם חשמלי. תגלית זו הובילה אותו להמצאת הדינמו, שהיה למעשה המחולל החשמלי הראשון שיכול היה לספק חשמל לשימוש ביתי ותעשייתי.
שימו לב, זה המנוע הראשון בעולם. פשוט אבל מנוע ובעצם גם הסבא רבא של כל מנועי העולם של ימינו.
#אז איך בדיוק עובד הדינמו?
העיקרון פשוט למדי, אם כי היישום שלו מורכב יותר. בליבו של הדינמו נמצאת לולאת תיל המסתובבת בתוך שדה מגנטי חזק. כאשר הלולאה מסתובבת, היא חותכת את קווי השדה המגנטי, וזה גורם לאלקטרונים בתיל לנוע. תנועה זו של האלקטרונים היא זרם חשמלי.
הדינמו יכול לייצר גם זרם חילופין וגם זרם ישר, תלוי בתכנון שלו. כדי להפוך את התנועה הסיבובית הזו לזרם ישר שימושי, הדינמו משתמש במרכיב נוסף שנקרא קומוטטור. זהו מתקן פשוט יחסית שתפקידו להפוך זרם חילופין לזרם ישר, שניתן להשתמש בו.
חשוב לציין שהדינמו לא יוצר אנרגיה מכלום. הוא פשוט ממיר אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית. לכן, כדי שהדינמו יפעל, צריך להיות מקור כוח שיסובב אותו. בימים הראשונים, זה היה לרוב מנוע קיטור. בשנות ה-60 והלאה ההורים שלכם נסעו באופניים, כשהחשמל שהזין את הפנס בא מדינמו קטן שהוצמד לגלגל המסתובב.
היום, אנחנו משתמשים במגוון רחב של מקורות אנרגיה, מגנרטורים ביתיים, דרך טורבינות רוח או מים ועד כורים גרעיניים, כדי לסובב גנרטורים שהם למעשה צאצאים מתקדמים של הדינמו המקורי.
המצאת הדינמו הייתה צעד ענק קדימה בדרך לעידן החשמל המודרני. היא אפשרה לראשונה ייצור חשמל בכמויות גדולות ובאופן יעיל תוך שהיא פותחת את הדרך למהפכה התעשייתית. היום, למרות שהטכנולוגיה התקדמה מאוד, העקרונות הבסיסיים של הדינמו עדיין משמשים אותנו בייצור מרבית החשמל בעולם.
הנה תולדות הדינמו:
https://youtu.be/YkAzAnd-jMY
הסבר הדינמו:
https://youtu.be/kXUA6eAl_yM
דינמו בצורת בקבוק באופניים (ללא מילים):
https://youtu.be/qoVhqK4Hbrs
הרכבה עצמית של "דינמו בקבוק":
https://youtu.be/6Pa3up4hoXI
והדינמו של טסלה:
https://youtu.be/8xiIDWrfbdM
