ארכיון

Archive for מאי, 2015

טריקים למסיבות ואחסון חשמל בצנצנת – על ההיסטוריה של החשמל בביביסי

מה זה חשמל? באמת, נו, מה זה?

***

במהלך המאה ה-18 לא היתה קיימת תיאוריה של חשמל. היו תופעות והיו אנשים שהבחינו בהן, התנסו בהן ושיחקו איתן.

תופעת החשמל הסטטי היתה ידועה עוד מימי קדם. יודעי סוד ידעו לגרום לשוק חשמלי, לא פעם למטרות בידור בעזרת מכשירים שעשו שימוש בסיבוב וחיכוך של חומרים, למשל המכונה של פרנסיס הקסבי (Hauksbee) שאותה ניתן לראות באיור 1. היה ידוע שהדבר המוזר שמופק במכשירים האלה 'זורם' דרך חומרים מסוימים, למשל מתכות, ודרך אחרים אינו זורם, למשל חוטי משי או זכוכית.

Hauksbee_Generator
איור 1: גנרטור החשמל הסטטי של פרנסיס הקסבי. המקור לאיור: הספר ' Physico-Mechanical Experiments, 2nd Ed., London 1719', דרך ויקיפדיה.

בדומה לתיאורית הקלוריק עבור חום, המחשבה על חשמל היתה כעל סוג של נוזל שזורם דרך חומרים מסוימים. אם כך, אך טבעי היה שכאשר פיטר ואן מושנברוק (van Musschenbroek), מדען הולנדי מאוניברסיטת ליידן, רצה למצוא דרך לאגור את החשמל הסטטי, הוא פשוט הזרים אותו מהגנרטור המתחכך, דרך כבל מתכתי, אל תוך צנצנת עם מים, שם החשמל היה אמור להישפך ולהצבר. זה לא עבד.

עד שיום אחד בשנת 1745 ואן מושנברוק (או עוזרו, תלוי לאיזה גרסה אתם מאמינים) טעה בביצוע הניסוי. בזמן 'מילוי' הצנצנת בחשמל סטטי הוא שכח להניח את הצנצנת בחומר מבודד, ואחז אותה עדיין בידו. בסוף תהליך הטעינה הוא תפס את חוט המתכת בידו החופשית כדי להוציאו מהמים וחטף שוק חשמלי חזק מאוד (ראו איור 2). מאוחר יותר גילה ואן מושנברוק שהוא יכול לשמר חשמל בצנצנת לאורך זמן, כלומר לטעון עכשיו ולחשמל אחר-כך. ואן מושנברוק (ואחרים בתקופתו) למעשה בנה את הקבל הראשון שלאחר פרסומו זכה לשם צנצנת ליידן.

Cuneus_discovering_the_Leyden_jar
איור 2: שחזור בציור של גילוי צנצנת ליידן על ידי העוזר שלו. מימין כדור שמתחכך בסיבוב בידיים וכך מפיק חשמל סטטי שזורם דרך השרשרת לתוך הצנצנת עם המים. המקור לאיור: הספר ' Augustin Privat Deschanel (1876) Elementary Treatise on Natural Philosophy, Part 3: Electricity and Magnetism, D. Appleton and Co., New York, translated and edited by J. D. Everett, p. 570, fig. 382' שממנו הועלתה התמונה לויקיפדיה.

כחמישים שנים לאחר מכן ימציא אלסנדרו וולטה את 'הערימה הוולטאית', שהיא בעצם הבטרייה הראשונה, שתשמש כמקור מוצלח יותר לחשמל. מיד לאחר מכן יתגלה באמצעותה תהליך האלקטרוליזה של מים ועידן הכימיה יזנק קדימה בכל הכוח.

עדיין לאף אחד מהם לא היה ברור מהו בעצם חשמל. שישים שנים נוספות נדרשו כדי לאגד תיאוריה סדורה של חשמל.

***

אין היום שום ערוץ טלוויזיה שיכול להתחרות ב-BBC הבריטי בהפקת תכניות שמספרות סיפורים מדעיים. למעשה כיום זה כמעט המקור היחיד, והעקבי לתכניות מהסוג הזה. נזכיר שסיימון סינג, סופר המדע הפופולרי המצליח, החל שם את הקריירה ביצירת סרטים כמו זה על המשפט האחרון של פרמה שלאחר מכן הפך לספרו הראשון.

לאחרונה צפיתי בסדרה ששודרה במקור בשנת 2011 בנושא חשמל. הסדרה נקראת Shock and Awe: The Story of Electricity, והיא בת שלושה פרקים של כ-50 דקות. המציג בסדרה הוא ג'ים אל-חלילי (לא בטוח לגבי ה-ח', Jim Al-Khalili), פרופסור לפיזיקה תיאורטית וסופר מדע פופולרי.

פתיח הסדרה תמונה 3: צילומסך מהפתיח של אחד הפרקים של הסדרה.

הסדרה מציגה את ההיסטוריה של חקר החשמל. הפרק הראשון עוסק בחלוצים בתחום, במכונות המשונות שבנו ובתובנות שלהם. הפרק השני עוסק במציאת הקשר בין חשמל ומגנטיות ובשימוש בקשר זה למטרות תקשורת ותאורה מלאכותית. הפרק השלישי עוסק בביסוס התיאוריה עבור חשמל, אישושה הניסיוני וניצולה עבור פיתוח הרדיו והטרנזיסטור.

הסדרה מתמקדת יותר בסיפורים ההיסטוריים ופחות בהסבר של המדע עצמו. מי שאינו 'בקיא בחומר' יהנה מהסיפורים, אך סביר שלא יסיים את הצפייה כאשר הוא מבין את הרעיונות הפיזיקליים עצמם. ככל שהסדרה מתקדמת והפיזיקה מסתבכת, פוחתים ההסברים אף יותר על חשבון הסיפורים והאנשים.

כותבי הסדרה החליטו להתמקד במספר מצומצם של סיפורים ואותם להציג בהרחבה. את השאר הם מזכירים במילה או שלא מזכירים כלל. גישה זאת באה על חשבון חלק מהדמויות החשובות שאינן מופיעות בסדרה, למשל שארל-אוגוסטן דה קולון (Coulomb) וניסוייו להבנת המטען והכוח החשמלי. לדעתי יש נטייה נוספת בסדרה והיא להתמקד במדענים אנגלים ובניסויים שבוצעו באנגליה כל עוד זה אפשרי, אבל בנושא זה אני לא בטוח לחלוטין.

עבורי הסדרה היתה מעניינת ולמדתי לא מעט דברים חדשים, בעיקר לגבי הרצף ההיסטורי ועל הניסויים והפיתוחים הראשונים. בעיקר אהבתי את הפרק הראשון והחצי הראשון של הפרק השני.

יש עוד שני דברים קטנים שהפריעו לי. את הראשון אני מכנה 'עודף דרמטיזציה' שמתבטא בסיפורים מסמרי שיער, מסך חשוך, דרמה והמון מוזיקה מותחת. אני מבין את הצורך בלשמור את הצופה על קצה הכיסא, אבל אין זה פרק בסדרה 'חוק וסדר' או 'תיקים באפילה'. כתבתי בעבר ביקורת דומה על הכתיבה של סיימון סינג.

הדבר השני הוא הנוכחות המוגזמת של המנחה, אל-חלילי, בסדרה. הוא לא רק מקריין אותה ונראה בה עורך את הניסויים וההדגמות, אלא מופיע בה בכל רגע ורגע. ג'ים הולך ברחובות, ג'ים חושב, ג'ים עומד, ג'ים נוסע. מוגזם ומיותר לטעמי.

לסיכום, אם ההיסטוריה של החשמל מעניינת אתכם שווה להציץ.

***

הנה קישורים שמצאתי באינטרנט לפרקי הסדרה. מקורות אלה אינם רשמיים ולכן אני לא בטוח אם הם יהיו זמינים לתמיד.

***

קרדיט לבני קלינגמן שהפנה את תשומת ליבי לסדרה.

מודעות פרסומת

מתמטיקה בתמונות

והפעם ללא מילים. כמעט.

***

half sum

מתקשים?

התבוננו באיור הבא, הניחו ששטח הריבוע הוא 1 ועקבו אחרי החלקים הצבועים.

Picture1

יש?

***

עוד אחד.

Quarter sum

 

רמז 1:

Picture2

רמז 2:

Picture3

יש?

***

אחד אחרון.

Pi sum

כל נקודה באיור הבא מייצגת סכום מצטבר עד איבר כלשהו בטור. חיברתי כל שתי נקודות עוקבות על ידי חצי מעגל. פעם למעלה ופעם למטה, לפי הסדר.

ספירלת לייבניץ לחישוב פאי

אתם יכולים לנחש כעת מה הסכום?

הציצו בשתי תצוגות מוצלחות יותר כאן וכאן, משם לקחתי את הרעיון, ושם יש גם קישור לפתרון.

***

החישוב החזותי של הטור מראה לנו את הפתרון וגם את ההיגיון שעומד מאחוריו. הוא גם מראה לנו את מהירות ההתכנסות של הטור.

מסתבר שבמתמטיקה יש קטע שלם של הוכחות ללא מילים בעיקר בנושא גיאומטריה אויקלידית. אם אתם חובבי הז'אנר שווה לכם לקרוא על כך בקישור הזה.

וזהו. הבטחתי כמעט ללא מילים.

***

רוב המידע ברשימה הגיע אלי מדר' ערן גרינוולד, חוקר בתחום האופטיקה במכון ויצמן ומורה לפיזיקה במרכז שוורץ-רייסמן רחובות.

:קטגוריותכללי תגיות: ,