Skip to main content
פעילויות
header

למה בכלל חשמל?

רק לכיסא חשמלי

עולמנו מלא במכשירי חשמל עד שקשה לדמיין כיצד חיינו ללא השלטר והחוט המאריך. אך אם נחשוב לרגע היכן באמת אנו זקוקים לאותם מטענים חשמליים המגיעים מהגנרטורים שבתחנת הכוח לנורה, למיקסר ולמערכת הסטריאו, נראה שפרט, אולי, לכסא חשמלי, האנרגיה החשמלית כאנרגיה אינה מועילה לנו כלל. אנו זקוקים לחום, לתנועה מכנית, לאור ולקולות וצלילים (שוב סוג של תנועה מכנית). כל אלו הם סוגים שונים של אנרגיה שאף אחד מהם אינו אנרגיה חשמלית.

טוב, אולי קצת הגזמנו בביטוי "כיסא חשמלי" כי יש כמה מכשירים, כמו קוצב לב, שבהם האנרגיה החשמלית היא זו שממש "עושה את העבודה", אך אם נתבונן במונה החשמל שבבית, נראה שעיקר חשבון החשמל משולם עבור חימום וסיבוב מנועים (במייבש או במכונת הכביסה, למשל). האבסורד הוא שהטבע אינו מספק לנו אנרגיה חשמלית. בכדי להפיק חשמל אנו שורפים פחם, מזוט או חומר בערה אחר והופכים אנרגיה כימית לאנרגיה של חום. בעזרת חום זה, מחממים מים עד שהם הופכים לקיטור ומסובבים טורבינה וכך הופכת אנרגית החום לאנרגית תנועה. הטורבינה מסובבת גנרטור, המפיק אנרגיה חשמלית. זו עוברת ברשת החשמל עד לשקעים שאצלנו בבית והופ - הופכת בחזרה לתנועה (במיקסר או במאוורר למשל) או לחום (בתנורים למיניהם).

לא צריך להתמחות בפיזיקה ובכלכלה בכדי לנחש שבכל הגלגולים הללו חלק מהאנרגיה "מתבזבזת" או יותר נכון לא הופכת למה שהיינו רוצים. לא כל האנרגיה הכימית שמשתחררת בתגובת הבעירה של הדלק הופכת לחום, לא כל אנרגית החום שבמים הופכת לאנרגית תנועה של הגנרטור ולא כל החשמל המופק מגיע לצרכנים. לא במקרה רוב תחנות הכוח הגדולות ממוקמות על יד הים. הדבר נעשה בכדי לאפשר למי הים לקרר חלק מהמערכות שבתחנה. קירור זה, פירושו שחלק מאנרגית החום המופקת משרפת הדלק עוברת למי הים (ומתבזבזת שם) במקום לגנרטור.

אם נחשב את כל ההפסדים יתברר לנו שכמות הפחם שיש לשרוף בתחנת הכוח בכדי שנוכל להרתיח ליטר מים בקומקום החשמלי, גדולה פי שניים ויותר הפחם לה נזדקק אם נשרוף אותו ישר מתחת לקומקום. חשבון דומה אפשר לעשות גם באפשרות שבמקום להשתמש במנוע חשמלי נחבר את ציר המאוורר או מכונת הכביסה בעזרת אמצעי תמסורת מתאים (כבל גמיש למשל) ישירות לציר הטורבינה. במילים אחרות, החשמל, למרות כל השבחים הנקשרים אליו הוא בסך הכל מתווך אנרגטי, ההופך אנרגיה מסוג אחד (חום למשל) לאותה אנרגיה בדיוק, ועוד גובה, במקרים רבים, דמי תיווך של למעלה מ-50%. פירוש הדבר, שאם אכן מלאי מאגרי הנפט והפחם בעולם מוגבלים ולא משנה כרגע אם הם יספיקו למאה או למיליון שנים השימוש בתנורי חשמל במקום בתנורי נפט יביא לחיסול מאגרים אלו במהירות כפולה. אנו אולי לא מתרגשים כרגע מכך, אך יתכן ונכדינו לא יודו לנו על כך.

על אנרגיה ותיווך אנרגטי

בנקודה זו כדאי לעצור לרגע. כל מה שנכתב עד עכשיו הרי ידוע לכל מהנדס חשמל ולכל פיסיקאי, וברור שאף אחד אינו מתכוון לחזור ולבשל על גחלים או לכבס בגיגית בנהר. השאלה היא מדוע? מדוע החליטו בני האדם להשתמש במתווך אנרגטי כה בזבזני? מדובר הרי בהחלטה שנעשתה לפני פחות מ-150 שנה. בתקופה בה היו מנורות גז, מנועים ומערכות מכניות רבות אחרות. התשובה היא נוחות. נוח יותר לסובב כפתור מאשר להכניס עצים למדורה או לשפוך עליה מים, נוח יותר לשטוף כלים פלסטיים שחוממו בתנור מיקרו-גל מאשר לקרצף סירים שהונחו על פחמים. אך המילה נוחות אינה רק עצלות ונהנתנות. זוהי בעצם מהותה של הטכנולוגיה: לענות על צרכי האדם או במילים אחרות להקל על חייו.

בעיניו של הפיסיקאי, לנושא האנרגיה יש שלוש משמעויות בהן בא המושג "נוחות" לידי ביטוי, והמדובר לא רק באנרגיה חשמלית אלא בהתייחסות לאנרגיה בכלל ולמשמעותה בכל תחומי חיינו:

  • העברת האנרגיה ממקום למקום: אגוז הקוקוס נמצא על העץ ואנו מעונינים שיגיע לקיבתנו.
  • הפיכת האנרגיה מצורה לצורה: כשהבנזין שאנו ממלאים בו את מיכל המכונית נשרף במנוע ומתפוצץ, הופכת אנרגיה כימית לאנרגית חום ותנועה המניעה לבסוף את המכונית.
  • קצב העברת האנרגיה: אנו אוכלים (מכניסים אנרגיה לגוף) שלוש או ארבע פעמים ביום, אך המערכות בגופינו (שמנצלות אנרגיה זו), פועלות ברציפות כל היום. אנו מתדלקים את המכונית פעם אחת ונוסעים במשך מספר שעות.

בכל שלושת היבטים, יש לחשמל יתרון גדול על פני שיטות אחרות להעברה ולטיפול באנרגיה:

א. ניתן להעביר כמויות אדירות ממנו למרחקים גדולים מאוד בעזרת זוג מוליכים בלבד. אם היינו מנסים באמת להעביר מערכת מכנית מתחנת הכוח למיקסר שבבית, או להעביר מים חמים בצינורות או אפילו להעביר לכל בית בישראל משאיות עמוסות פחם, היה הדבר מסובך פי כמה. כה מסובך, עד שיתכן אפילו שבמקרים רבים לא היה מעשי כלל או שהמחיר הנדרש היה גבוה בהרבה ביחס למחיר הפחם ה"מבוזבז" כתוצאה משימוש בחשמל.

ב. ניתן בקלות להפוך חשמל לאנרגיה של חום, אור, או תנועה מכנית. הפיכה לחום, למשל, מתרחשת באופן "טבעי" בכל מוליך שהתנגדותו גדולה מ-0 (וכמעט כל מוליך הוא כזה). גם הפיכת זרם חשמלי לכוח מגנטי, מתרחשת כמעט מאליה. שדה מגנטי נוצר סביב כל מוליך בו זורם זרם. כל שנותר הוא לכוון את המוליך כך שהשדה המגנטי יהיה בכוון הרצוי (כך בונים אלקטרומגנטים ומנועים). הפיכת אנרגיה חשמלית לאור מתרחשת גם היא בקלות רבה, או ע"י חימום לטמפרטורה גבוהה מספיק, או ע"י הזרמת זרם חשמלי דרך גז מתאים. לשם השוואה נסו לחשוב עד כמה מורכב מבנהו של מנוע המכונית (בוכנות, שסתומים, קרבורטור, מצתים, גלגל תנופה, שרשרת תזמון...) בהשוואה למנוע חשמלי בסיסי (זוג מגנטים, שנים או שלושה סלילים, ציר ומגעי חשמל).

ג. ניתן בקלות רבה מאוד לווסת את קצב מעבר האנרגיה החשמלית. למעשה, זהו היתרון הגדול ביותר של השימוש בחשמל על פני שימוש באנרגיה אחרת. מפסק פשוט יכול לעצור, או לאפשר מעבר לכמויות אדירות של אנרגיה. וזאת תוך חלקיק שניה. הקלות הרבה בה ניתן לשלוט על זרימת האנרגיה החשמלית מאפשרת להפעיל מכשירי חשמל באמצעים אלקטרונים, תוך שימוש בחיישנים. כמו למשל תרמוסטט המפסיק את פעולת התנור החשמלי כאשר הטמפרטורה מגיעה לערך הרצוי. נסו לדמיין מערכת מכנית המוציאה ומכניסה עצים לאח בהתאם לטמפרטורת החדר. באופן דומה ניתן להפעיל מערכות חשמליות ע"י חיישני קירבה (דלתות בסופר מרקט), שעוני זמן (ברזי השקיה חשמליים), חישני אור (שילוט מואר בכניסה לבתים) ועוד ועוד.

בקרה בעזרת חשמל

בנוסף, היכולת לשלוט בזרם החשמלי, הופכת את החשמל לשימושי גם במקומות בהם האנרגיה העיקרית אינה חשמלית, אלא רק השליטה בה. במנוע המכונית למשל, מקור האנרגיה הוא בנזין מתפוצץ וכך אנרגיה כימית הופכת לאנרגית תנועה, אך ניצוץ חשמלי הוא זה שקובע את זמן הפיצוץ. במפעלים ובבתי חרושת, מקור האנרגיה הוא במקרים רבים אוויר דחוס. אוויר זה מניע בוכנות וכך מתגלגלת האנרגיה החשמלית לאנרגיה של תנועה מכנית. ברזים חשמליים אחראים לפתיחה וסגירה של שסתומים המווסתים את זרימת אותו אוויר לבוכנות.

ממדליק הפנסים למפסק החשמלי

נקודה מעניינת לסיום קשורה לתחילת השימוש בנורות החשמל.נקודה מעניינת לסיום קשורה לתחילת השימוש בנורות החשמל. עד סוף המאה הקודמת היו מקובלות בערים רבות באירופה נורות הגז. היו אלה נורות יפות, בעלות אור בהיר ונעים לעין. ניתן היה לכוון את עצמתן ולמעשה הן ענו כמעט על כל הצרכים של אנשי התקופה. חסרונן העיקרי היה בכך שהיה צריך להדליק ולכבות כל נורה באופן ידני. בכל ערב היה מדליק הפנסים עובר ברחוב מנורה לנורה, פותח את ברז הגז, ובעזרת מוט עם נר בקצהו היה מדליק אותה.
למה להחליף לנורות חשמל? להזכירכם, הנורות הראשונות של אדיסון בערו כמה עשרות שעות בלבד, האירו באור צהבהב וחלש יחסית, היו יקרות למדי ודרשו מערכת חשמלית וחיבור לרשת החשמל שהייתה עוד בחיתוליה. הסיבה הייתה כפי הנראה נוחות ההדלקה והכיבוי.

האגדה מספרת שבשנת 1879 התקין אדיסון למעלה מ-200 נורות חשמל וחיבר אותן לגנרטור אחד. כאשר ירד הערב והופעל הגנרטור האירו כל 200 הנורות בבת אחת. קריאות ההתפעלות של הנוכחים מסמנות את נקודת המפנה והמעבר מתאורת גז לתאורה חשמלית.

נוצר בתאריך: 01/05/08
עודכן בתאריך: 17/01/11