עמוד הבית > טכנולוגיה ומוצרים > אלקטרוניקה וחשמל
ספרית מעריב


תקציר
תחנת הכוח בניאגרה, נכנסה לפעולה כמאה שנה אחרי שלואיג'י גלוואני תיאר את הזרם המוזר של חשמל חייתי העובר בעצבי רגליה של צפרדע. אמנם טיבו המדויק של הזרם לא היה נהיר אף לטובי המוחות של המאה תשע-עשרה, אבל היה לאל ידם לחקור אותו, לרתום אותו ולהפיק ממנו פעולות שונות ומשונות, ולקראת סוף המאה הניע כוח החשמל המסתורי ציוד כבד בבתי-חרושת, סיפק אור בערים ובבתים, הניע קרונות חשמליים, הפעיל מכשירים ביתיים, והעביר תשדורות לכל קצוות תבל.



עידן החשמל


כמו במהפכות מדעיות רבות אחרות, הכול החל מתצפית מקרית. השנה היתה 1780, המקום היה בולוניה. אנטומאי איטלקי, לואיג'י גלוואני שמו, בדק את השפעותיו של חשמל סטטי על צפרדעים מנותחות. יום אחד, בשעה שעמד ליד מכשיר שחולל חשמל סטטי, נגע במקרה אחד מעוזריו של גלוואני באזמל מתכת שהיה בידו בעצב הרגל של צפרדע, וראה ניצוץ קופץ מן המכשיר דרך האזמל. רגלה של הצפרדע קרטעה בכוח. גלוואני השתומם על התוצא הלא צפוי הזה, והוא המשיך וגילה כי אם יחבר בין חוט השדרה של צפרדע מנותחת לבין שריריה, בגשר העשוי שתי מתכות שונות, יוכל ליצור עוויתות ברגלה של הצפרדע חסרת החיים.

איזה כוח חולל את התגובה המוזרה הזאת? בשנת 1791 גלוואני פרסם מאמר ובו בישר על גילוי "החשמל החייתי". יד המקרה חשפה לפניו את התופעה הקרויה בפינו כיום זרם חשמלי, ועד מהרה נטבעה המלה "גלוואניות" לציון נוכחותה של זרימה רצופה של חשמל. אבל את טיבה המדויק של הזרימה הזו איש לא ידע בדיוק. מדענים וממציאים עמלו במאה השנים הבאות על חשיפת צפונותיו של הזרם המסתורי.

אלסנדרו ג'וזפה אנטוניו אנסטסיו וולטה, שנולד ב-18 בפברואר 1745 בקומו שבאיטליה, התייחס בפקפוק רב לקיומו של חשמל חייתי, אף כי גם הוא, כמו גלוואני, עסק בבעלי-חיים בניסוייו הראשונים. וולטה חולל עוויתות בגופה של צפרדע חיה כשחיבר את רגלה וגבה מבחוץ במעגל עשוי מתכות שונות. למעשה, הוא יצר סוללה (מצבר) שחוללה זרם חשמלי בין שתי מתכות, שמוליך רטוב מפריד ביניהן - הצפרדע, במקרה הזה.

וולטה החל לבנות סוללה סבירה יותר. היה קל יותר לטפל בקרטון רטוב מאשר בצפרדע חיה; דיסקיות של כסף ואבץ החליפו את הגשרים הדו-מתכתיים. וולטה בנה כריכים קטנים של כסף, קרטון ואבץ, שכל אחד מהם נקרא זוג או תא, והצמיד את התאים זה לזה; כך נוצרו "סוללות וולטה" המפורסמות הראשונות. ככל שהיתה הסוללה גבוהה יותר, כך גדלה עוצמת הכוח שהפיקה. הנגיעה בסוללה בת 40 או 50 תאים היתה שקולה, לדברי וולטה, לנגיעה בצלופח חשמלי.

וולטה תיאר את הסוללה שלו במכתב לחברה המלכותית בלונדון, בשנת 1800: "אפשר שהתנועה המתמדת הזו נראית מופרכת, או אף נטולת הסבר; ואף על פי כן אמיתית היא וממשית, ואפשר למוש אותה בידיים, כביכול." וולטה לא הבין כי השטף הלא מוסבר הזה של חשמל - הזרם החשמלי - נובע מתגובה כימית בין שתי המתכות לבין הנוזל, הקרוי אלקטרוליט.

המדענים פתחו בניסויים בזרם הרצוף. סר המפרי דייווי הכניס את החשמל לחקר הכימיה. ב-1807 העביר דייווי זרם חשמלי בתמיסות של שתי תרכובות ידועות היטב, אשלג ונתר; התרכובות התפרקו, בתהליך הידוע בשם אלקטרוליזה, והפיקו שני יסודות כימיים שלא היו ידועים עד אז. דייווי כינה אותם אשלגן ונתרן. בניסויים דומים הוסיף דייווי לרשימת היסודות את הסידן, המגנזיום, הסטרונציום, הבריום, הבור והצורן.

דייווי בנה סוללה בת 2,000 תאים במרתפי המכון המלכותי בלונדון. בזכות הזרם האדיר שהפיק המתקן, יכול דייווי להדגים את פעולתם של תוצאים חדשים ונפלאים. כשחיבר את שני קוטבי הסוללה זה לזה בתיל, התלהט התיל ופלט אור. כשקטע את התיל בשתי פיסות פחם עץ והרחיק אותן אט-אט זו מזו, הופיע ניצוץ גדול שדילג מעבר לפער. כשקירב את פיסות הפחם זו לזו, נעשה הניצוץ רציף ונוצרה קשת חשמלית. הניסויים האלה של דייווי התגלגלו בסופו של דבר להמצאות הקשת החשמלית ונורת הליבון.

ייתכן שהחשובה ביותר מכל תגליותיו של המפרי דייווי נקראה מייקל פרדיי. פרדיי, בנו של נפח שנולד ליד לונדון, כמעט לא זכה בהשכלה פורמלית. בהיותו בן ארבע-עשרה נעשה למשך שבע שנים שוליה לכורך ספרים לונדוני; עבודתו בכריכת ספרים פיתחה את זריזות אצבעותיו ואת חשיבתו - ושתי הסגולות הועילו לו רבות בהמשך דרכו כאיש ניסוי. הערך "חשמל" בכרך האנציקלופדיה בריטניקה, שהובא לבית-המלאכה לתיקון כריכה, משך את פרדיי אל התחום שבו היה עתיד לחולל מהפכה מרחיקת-לכת.

ב-1810 החל פרדיי לשמוע הרצאות מדעיות בלונדון. כעבור שלוש שנים שכר דייווי את הצעיר שאך זה מלאו לו עשרים ואחת שנה כעוזר מעבדה במכון המלכותי. פרדיי נשאר שם במשך כל הקריירה המדעית העשירה שלו.

פרדיי הצעיר החל בחקר החשמל בדיוק בעת שנתגלה הקשר בין החשמל והמגנטיות. האנס כריסטיאן ארסטד, פרופסור באוניברסיטת קופנהגן, גילה את האלקטרומגנטיות בעת הדגמה בפני כיתת סטודנטים ב-1820. הוא העביר זרם רצוף מסוללה דרך תיל, והבחין כי התיל הוקף בשדה מגנטי: כוח "רפה עד מאוד," ציין ארסטד, אולם חזק די הצורך להסיט מחט של מצפן.

ניסוייו של ארסטד חוללו סערה בחוגי המדע. חוקרים אחרים - ביניהם אנדרה-מארי אמפר בצרפת וגיאורג סימון אום בגרמניה - הלכו בעקבותיו והמשיכו בחקר האלקטרומגנטיות. בארצות-הברית יצר ג'וזף הנרי מגנטים גדולים, בכך שהעביר זרם חשמלי בתיל מבודד שהיה כרוך סביב מטילי מתכת.

עשר שנים אחרי שגילה ארסטד את הכוח ה"רפה עד מאוד" שלו, מצא פרדיי עוד קשר בין חשמל למגנטיות. הוא נטל טבעת ברזל, שקוטרה 15 סנטימטר. הוא כרך סליל תיל סביב מחצית הטבעת, וסליל שני שהיה מחובר לגלוואנומטר - מכשיר המצביע על מעבר זרם חשמלי - כרך סביב המחצית השנייה. כשחיבר את התיל הראשון לסוללה, זזה המחט של הגלוואנומטר ממקומה. כשניתק את התיל מהסוללה, זעה המחט שוב. כלומר, עם הזרמת החשמל או ניתוקו בתיל הראשון, השרה פרדיי זרם רגעי בתיל השני.

פרדיי הבין כי הניסוי הפך את טבעת הברזל לאלקטרומגנט. האם ייתכן שהזרם המושרה פועל כמגנט? הוא כרך תיל נחושת מחובר לגלוואנומטר סביב גליל נייר. הוא העביר מגנט-מוט פשוט הלוך ושוב בתוך הגליל, והמחט של הגלוואנומטר התנודדה עם תנועותיו. זו היתה השראה אלקטרומגנטית. על העיקרון החדש הזה הוא ביסס מכשיר שייצב דיסקית נחושת בין קטביו של מגנט-פרסה. כשהסתובבה הדיסקית, עבר בה זרם חשמלי רצוף. פרדיי יצר את מחולל החשמל (הגנרטור) הראשון. עתה הושלמה הנחתם של כל היסודות הדרושים לפיתוחם של מחוללי הדינמו, המנועים החשמליים, השנאים והאלקטרומגנטים, שהיו עתידים להניף טונות של מתכת, להניע קרוניות חשמליות, להאיר ערים שלמות ולהריץ גלי קול בתילי מתכת.

בשעה שפרדיי עסק בניסוייו במכון המלכותי, ג'וזף הנרי כיהן כפרופסור למתמטיקה ולמדעי הטבע באקדמיית אולבני במדינת ניו-יורק. בין שיעור לשיעור חזו תלמידיו של הנרי בכמה מן ההדגמות החשמליות המרתקות ביותר של אותה תקופה.

הנרי החל בניסויי חשמל ואלקטרומגנטיות ב-1827. הוא שיער כי אפשר להגביר פלאים את כוח המשיכה של מגנט רגיל בעזרת החשמל. בהדגמה, שהיתה אולי המשכנעת ביותר מכל הדגמות הכוח האלקטרומגנטי שערך, כופף הנרי מוט של ברזל רך, שאורכו חצי מטר, לצורת פרסה, וכרך סביבו תשעה סלילי תיל של 20 מטר. כשהועבר זרם חשמלי בתשעת הסלילים, הניף מוט הברזל משקל של 340 קילוגרם. חברת חרשי-הברזל פנפילד מקראון פוינט בניו-יורק (שם המקום השתנה כעבור זמן לפוינט הנרי) התרשמה מן התוצאות וקנתה שני אלקטרומגנטים של הנרי כדי להפריד עפרות ברזל מן האבן. זה היה אחד השימושים הראשונים של טכנולוגיית החשמל החדשה בתעשייה.

ניסוי אחר של הנרי, הטלגרף האלקטרומגנטי, החל ב-1831 כשעשוע לסטודנטים שלו. הנרי מתח תיל באורך קילומטר וחצי סביב-סביב בחדר ההרצאות שלו, בין סוללה חשמלית לבין אלקטרומגנט קטן. כשנסגר המעגל, הפעיל הזרם את האלקטרומגנט המרוחק כל-כך. האלקטרומגנט דחה מגנט אחר שהיה תלוי בחופשיות, וזה היכה בפעמון. אין זה משנה אם האלקטרומגנט צלצל בפעמון (כמו בהמצאתו של הנרי) או רשם קווים ונקודות (כמו בהמצאתו של סמואל פ' ב' מורס שלעתיד לבוא), העיקרון היה אחד: זרם חשמלי יכול לחולל פעולה מכנית מיידית במקום מרוחק.

סמואל פ' ב' מורס, אמן וממציא שרכש את השכלתו באוניברסיטת ייל, הגיע למסקנה כי יוכל להעביר מידע ב"תיל-ברק". ב-1836 בנה מורס מכשיר שהעביר שדר למרחק 20 מטר. הוא הפעיל והשבית אלקטרומגנט בקצה תיל שאורכו 20 מטר; דפקי האלקטרומגנט הניעו עיפרון, וזה הטביע סימנים ברצועת נייר שנעה מתחתיו. כעבור פחות משנתיים יצא מורס לוושינגטון הבירה כדי להגיש בקשה לפטנט ולחפש מימון.

בעוד הקונגרס דן במעלותיה של בקשת מורס, קיבלו הממציאים הבריטים ויליאם קוק וצ'רלס ויטסטון, ב-12 ביוני 1837, פטנט על טלגרף גלוואני ואלקטרומגנטי. ב-1839 זה נכנס לשימוש לאורך קטע של 30 קילומטר במסילת הברזל גרייט וסטרן, בין לונדון לסלאו, וזכה בשבחי הציבור כעבור זמן קצר מאוד, כאשר רוצח ושמו ג'ון טוול נמלט מסלאו ברכבת שיצאה ללונדון. תיאורו, שנשלח בטלגרף, הגיע לתחנת פדינגטון בלונדון עוד לפני טוול; הוא נעצר ולאחר זמן הוצא להורג - וכך היה לפושע הראשון שנלכד בזכות תקשורת חשמלית.

הפוליטיקה היא שהעניקה את הטלגרף לציבור האמריקני. אחרי שנים של מאבק אישר הקונגרס מענק בסך שלושים אלף דולר. המענק הזה ניתן למורס בחודש מרס 1843. הממציא מתח קו טלגרף שאורכו 65 קילומטר ממשרד בבניין בית-המשפט העליון בוושינגטון למסוף הרכבות הראשי של בולטימור. ב-24 במאי 1844 שלח מורס בצופן הנקודות והקווים שלו את השדר המפורסם הראשון: "מה פעל אל!" כעבור חמישה ימים נתקבלה התשובה, אם אפשר לקרוא לזה כך, מוועידת המפלגה הדמוקרטית שהתקיימה בבולטימור באותה שנה. נערכו לא פחות מתשע הצבעות רוויות מתח, בטרם נבחר מועמד המפלגה לנשיאות, והפוליטיקאים בוושינגטון היו להוטים כל-כך להיוודע כיצד נפל דבר, עד כי הסנאט הפסיק את ישיבתו וחבריו נדחקו למשרדו של מורס כדי לשמוע לבסוף שהמועמד הלא צפוי ג'יימס ק' פולק ינהיג את המפלגה בבחירות. מאותו משרד עצמו שיגר סיילס רייט לוועידה את סירובו לקבל את המועמדות לכהונת סגן הנשיא.

השפעת הטלגרף היתה מיידית וחובקת עולם. ב-14 בנובמבר 1847 הועברו שערי המניות בבורסה של לונדון בטלגרף למנצ'סטר, ושוקי הכספים העולמיים השתנו לבלי הכר. ב-1849 הקים העיתונאי פול ג'וליוס רויטר את שירות החדשות הטלגרפי הראשון, וב-1855 נכנס לשימוש טלגרף שהיה מסוגל להדפיס מלים. הטלגרף נכנס לשירות צבאי ראשון במלחמת קרים. בתום מלחמת האזרחים האמריקנית הגיעה רשת הטלגרף בארצות-הברית לאורך של 300,000 קילומטר ויותר. ב-1866 חצה כבל טלגרף את האוקיינוס האטלנטי, ואילו ב-1861 - שמונה שנים לפני מסילת הברזל הראשונה שחצתה את יבשת אמריקה - הגיעו קווי הטלגרף של חברת וסטרן יוניון מחוף לחוף, ושירות "פוני אקספרס", שהעביר שדרים על גב סוס, עבר מן העולם.

האיש שבתוך פחות משלושים שנה דילג מן הטלגרף אל הטלפון היה אלכסנדר גרהם בל. "הכתיבה היא בעיני דרך אטית ומייגעת לבטא את מחשבותי," אמר פעם לידידו. "אני מתגעגע לשיחות הממושכות שנהגנו לשוחח." הטלפון הוא המכשיר שבו אפשר לנהל שיחות ממושכות ככל הנדרש - על עסקים, רכילות או אהבה - מכל מרחק שהוא.

בל, שהיה מורה לחירשים, היה בקיא היטב בתכונותיהן של רטיטות הקול. "האוויר רועד תמיד כשאני משמיע קול," אמר לתלמידו החירש ב-1871. בל החל לחפש דרך להעברה חשמלית של בליל רטיטות הקול. בלא שחדל מעבודת ההוראה הפעלתנית שלו, החל בל בניסויים במה שכינה טלגרף הרמוני. הוא קיבל סיוע כספי מתומס סנדרס ומגארדינר הבארד, הוריהם של שניים מתלמידיו החירשים (הבארד נעשה לימים חותנו). לצדו עבד חשמלאי צעיר ומוכשר ושמו תומס ווטסון.

בקיץ 1874, בעת חופשה בבית משפחת בל באונטריו שבקנדה, עלה בדעתו של בל רעיון שקירב את המצאת הטלפון להתגשמותה. הוא נוכח שזרם חשמלי אינו חייב להישאר קבוע בלי כל שינוי, אלא אפשר לאפנן אותו - ליצור בו תנודות שיהיו דומות לרטיטות הקול. בל חשב שאת התנועה שהתנודות האלה יוצרות במנגנון רגיש, אשר יוצמד לפה המדבר, יהיה אפשר להמיר לזרם חשמלי מאופנן. ניסויים שערך ב-1875 אימתו את השערתו.

על סמך הרעיון הזה, ובלי דגם פועל, הגיש גארדינר הבארד בקשה לפטנט לטלפון ב-14 בפברואר 1876. בדיעבד, הבארד הקדים בשעות ספורות ממציא מתחרה ושמו אלישע גריי משיקגו. הפטנט הוענק ב-7 במרס, אולם רק כעבור שלושה ימים עלה בידי ווטסון ובל, במעבדה שנבנתה בעליית הגג של מלון-דירות באקזטר פלייס שבבוסטון, לבנות מכשיר שהעביר קולות דיבור מובנים. "בוא הנה, מר ווטסון! אני רוצה לשוחח אתך," אמר בל. ווטסון, שישב בחדר אחר, מובדל ממנו בשתי דלתות סגורות ובמסדרון ארוך, שמע בבירור את הקול שבקע מן המקלט שלידו.

הטלפון הראשון של בל לא היה דומה כלל ועיקר למכשירים הנמצאים כיום בכל חלקי תבל. זו היתה קופסה ובראשה חור, שבל דיבר לתוכו; על פני תחתית הקופסה נמתח, כאילו זה היה תוף גדול, קרום דק ורגיש, הקרוי דיאפרגמה. הקול המדבר הרטיט את הדיאפרגמה, ומחט פלטינה שהיתה מחוברת אליה עלתה וירדה בתוך מוליך נוזלי. ככל שהיה הקול רם יותר, כן שקעה המחט עמוק יותר - ואז פחתה ההתנגדות, וזרם החשמל התחזק. הזרם המשתנה שגלי הקול יצרו בתנודותיהם עבר בכבל אל המקלט, ובו שוחזרו צלילי הדיבור באמצעות פעולת גומלין בין אלקטרומגנט לבין פיסת מתכת או קנה-סוף.

בל זכה בניצחונו הגדול ביותר כשהדגים את מכשירו הטלפוני בתערוכת המאה, שנערכה בפילדלפיה ביוני 1876. כחמישים מדענים ונכבדים אחרים התחלפו לפי תור לפני המקלט, כדי לשמוע את בל קורא אחד מהמונולוגים של האמלט. בל ועמיתו ווטסון הגישו סדרה של הרצאות משעשעות שזכו בתשואות הציבור, וכל אותה עת הלכו והגדילו את המרחק ביניהם. באוקטובר 1876 ניהלו שיחה בין בוסטון לקיימברידג' שבמסצ'וסטס, מהלך שלושה קילומטרים. בפברואר 1877, אחרי הרצאה שנשא בעיר סיילם, הכתיב בל בטלפון כתבה עיתונאית על הרצאתו לווטסון שישב בבוסטון; הכתבה הופיעה למחרת בבוסטון גלוב עם כותרת משנה: "נשלח בטלפון".

ב-9 ביולי 1877 הקימו הבארד, סנדרס, ווטסון ובל את חברת הטלפון בל, שהיתה מבוססת על מה שתואר בזמנו כפטנט המכניס ביותר בהיסטוריה. בתוך ארבע שנים מאז דקלומיו השקספיריים של בל, היו בשימוש 48,000 מכשירי טלפון; ב-1890 הגיע מספרם ל-228,000. אבל לגידול הזה נלוותה התדיינות משפטית ממושכת בעניין זכויות פטנטים, וכעבור זמן לא רב נטש בל את עבודתו בתחום הזה ופנה לשדות אחרים. "אני חושב שאוכל להביא תועלת גדולה הרבה יותר כמורה לחירשים," כתב בל לאשתו מייבל, "מאשר כחשמלאי."

צחוק הגורל הוא שניסוי טלפוני כושל שערך מתחרה אחר של בל, תומס אלווה אדיסון, הוליד את הפונוגרף. ב-1877 השתעשע אדיסון בקרום רוטט במעבדתו במנלו פארק שבניו-ג'רזי, ופתאום נכנס בו דחף והוא הצמיד סיכה לקרום וצרח לתוך המקלט. נייר בדיל שעבר תחת המחט הרוטטת קלט את צריחותיו. אדיסון האמין שהחריצים העקלקלים שנחרטו בנייר הבדיל יוכלו, אם המחט תעבור עליהם שוב, לשחזר את הקולות. ב-18 ביולי 1877 היתה צריחת "האלו!" של אדיסון לקול המוקלט הראשון בהיסטוריה.

טיבו של הזרם החשמלי עדיין לא היה מובן על בוריו, לא לאדיסון ולא לכל אדם אחר, אבל שום איש במאה התשע-עשרה לא ניצל אותו טוב יותר מאדיסון, ולא הפיק ממנו שימושים רבים יותר.

הדרך שהוליכה אל המאור החשמלי של אדיסון לא היתה קלה וגם לא מובנת מאליה. המפרי דייווי ערך ניסויים בנורת הקשת החשמלית כבר בתחילת המאה התשע-עשרה, וגרסאות משוכללות שלה נכנסו לשימוש בשנות החמישים של המאה, אבל אורן של נורות הקשת היה עז כל-כך, עד כי השימוש בהן הוגבל לפנסי רחוב, לזרקורים וכדומה. הפטנטים הראשונים על נורות ליבון הוצאו בבריטניה בשנות הארבעים. בתחילת שנות השישים הפיק הכימאי מניוקאסל, ג'וזף סוון, אור ליבון באמצעות אלמנטים של נייר וקרטון מפוחמים, שחוממו בזרם חשמלי שעבר בהם, עד כי התלבנו והפכו מקור אור. בדצמבר 1878 הציג סוון בפומבי מנורה בעלת אלמנט עשוי מוט פחם, וקיבל פטנט עליה, אולם המנורה לא הגיעה לכלל פיתוח מסחרי.

שתי בעיות הכבידו על דרכה של תאורת הליבון. החשמל המופק מסוללות היה יקר מדי, והאלמנטים מפיקי-האור נטו להתחמצן או להינתך. בתחילת שנות השבעים נפתרה הבעיה הראשונה. מכונות הקרויות דינמו הפכו אנרגיה מכנית לזרם חשמלי. בה בעת פותחו משאבות כספית שמנעו את החמצון, בכך שסגרו את האלמנטים החשמליים בחלל ריק. הבעיה הקשה ביותר היתה אפוא מציאת החומר המתאים לשמש כאלמנט. אדיסון ניסה פחמן, פלטינה, אירידיום וחומרים רבים אחרים.

בליל ה-21 באוקטובר 1879 נטלו אדיסון ואנשיו במנלו פארק חוט תפירה עשוי כותנה ואפו אותו בסביבה נטולת חמצן עד שהתפחם. הם חיברו אותו לתיילים נושאי חשמל והכניסוהו לנורת זכוכית ריקה מאוויר. כשהופעל הזרם, לא נשרף החוט וגם לא ניתך. הוא פלט אור במשך שלוש-עשרה וחצי שעות רצופות. אדיסון - איש ניסוי מעולה מאין כמוהו - לא פתח בחגיגות, אלא המשיך מיד בחיפושיו אחר חומרים עמידים יותר. במקום חוט הכותנה, בדק אדיסון נייר בריסטול מפוחם: הנורה בערה מאה שבעים שעות. הוא ניסה נייר רגיל מפוחם, וסיב חזרן (במבוק) שנחתך ממניפה שנמצאה במקרה במשרדו. החזרן המפוחם החליף את סיב הנייר המפוחם בנורות החשמל המסחריות הראשונות.

ההבדל החשוב בין נורת אדיסון לבין מתחרותיה הרבות היה נעוץ בחזונו הנבון ורחב-האופקים של אדיסון. אדיסון הבין שהתאורה החשמלית כשלעצמה תהיה רק תעלול פלאים טכנולוגי ותו לא. הוא ראה את התאורה החשמלית כחלק ממערכת ענקית הכוללת תחנות כוח, דינמו ורשתות הפצה, עם נתיכים ומדי-צריכה ומפסקי תאורה - בקיצור, מערכת שלמה ליצירת זרם חשמלי, להפצתו ולניצולו. בעודו משכלל את הנורה, אדיסון עיצב את המערכת והמעגלים שיספקו לה כוח. וכשהצליח לבסוף, לא היתה המצאה ששינתה את פני המאה התשע-עשרה יותר מן התאורה החשמלית.

אדיסון, שמעולם לא סלד ממשיכת תשומת-לבם של משקיעים אפשריים, הקים את תחנת הכוח המסחרית הראשונה שלו ברחוב פרל במנהטן תחתית, ליד וול סטריט. כשהגיעה השעה להפעיל את המערכת, ב-4 בספטמבר 1882, לחץ אדיסון על המתג במשרדו של המממן הראשי שלו. היה בתחנה דינמו יחיד, שסיפק זרם ישיר לכשמונים וחמישה לקוחות. הציבור היה מורגל כל-כך בתאורת גז, עד כי גם בשלהי שנות השמונים עוד נקבעו ליד פנסי החשמל החדשים שלטים שהתרו בצרכנים: "אין טעם לנסות להדליק בגפרור."

בשעה שאדיסון הכניס שכלולים ברשת שלו להפצת החשמל, עסק צבא של מהנדסי חשמל בשיפור מרכיביה השונים. פותחו יחידות דינמו טובות יותר, והמנוע החשמלי, שעלה לראשונה בדעתו של מייקל פרדיי, שימש עתה בשלל יישומים חדשים, כגון מכונות תפירה, מאווררים ומעליות.

בשלב זה חדל הזרם הישיר הפשוט - מסוללת וולטה למנורת אדיסון - להיות פשוט או ישיר. כבר באמצע המאה התשע-עשרה החלו להשתמש בזרם החילופין, הקרוי כך משום שהוא הופך את כיוונו במחזוריות סדירה. בשנות השמונים פיתחו כמה אירופים - ניקולא טסלה, גליליאו פראריס ומיכאל פון דוליבו-דוברובולסקי - מנועים שניצלו ביעילות את זרם החילופין. אז החל עימות טכנולוגי בין זרם החילופין לבין הזרם הישיר, שנודע בשם "מלחמת הזרמים". המלחמה התנהלה אמנם משני עברי האוקיינוס האטלנטי, אבל תוצאת הקרב האמריקני היא שהכריעה את הכף.

המוח היוצר שמאחורי מהפכת זרם החילופין היה טסלה, מהגר מבריק ויוצא דופן שעבד זמן קצר אצל אדיסון בניו-יורק, ואחר-כך בחר לעמוד ברשות עצמו. טסלה, שנטה להתנהגות כפייתית ולחוויות מיסטיות, טען כי ההשראה להמצאת מנוע זרם החילופין המוצלח הראשון נגהה עליו כחזון תעתועים יום אחד בשנת 1882, בשעה שטייל בגן ציבורי בבודפשט. טסלה ראה בחזונו שניים או שלושה שדות מגנטיים החגים בהפרשי-מופע קלים סביב גל מניע; השדות המסתובבים הנבדלים הללו העניקו תנועה לגל, וכך הפכו אותו, למעשה, לציר הסיבוב של מנוע.

ב-1887 הגיש טסלה את הבקשה הראשונה מתוך כמה לפטנט על מנועי ההשראה בני שניים ושלושה מופעים. כשהוענקו הפטנטים הללו, בין השנים 1888 ל-1906, רכש אותם תעשיין מפיטסבורג, ג'ורג' וסטינגהאוז שמו, ושכר את טסלה כדי שיסייע למהנדסיו בפיתוח רשת נרחבת ויעילה של אספקת זרם חילופין לשימוש מסחרי וביתי. וסטינגהאוז והמהנדס הראשי שלו, ויליאם סטנלי, הבינו כי זרם החילופין ניחן ביתרון מכריע על הזרם הישיר: אפשר להעבירו במתח גבוה למרחקים ניכרים ואחר-כך להנמיך את המתח לשימוש ביתי, באמצעות שנאים. כפי שהוכיחה תחנת הכוח של אדיסון ברחוב פרל, את הזרם הישיר בעל המתח הנמוך אפשר להעביר רק למרחקים קצרים, כי מעבר לכך הבזבוז רב מדי. זרם החילופין נראה כשיטה הרבה יותר טובה לאספקת חשמל לאוכלוסיית אמריקה, שכשבעים וחמישה אחוז מתושביה עדיין היו חקלאים.

תומס אדיסון נאבק בתוקף בחידושים הטכנולוגיים הללו. השקעתו של אדיסון במערכת הזרם הישיר - הן ההשקעה הכספית והן הרגשית - היתה גדולה מאוד. ב-1886 היו כמעט שישים תחנות כוח מקומיות שהשתייכו לחברת אדיסון, וכולן סיפקו זרם ישיר. משום כך, אדיסון ובעלי-בריתו לא חסכו במאמצים לפגוע ביריבם, זרם החילופין, בכל דרך אפשרית.

במלחמת הזרמים שהתחוללה אז ניצלו כוחותיו של אדיסון בלא בושה את בערות הציבור בכל הנוגע לחשמל, ובמערכה של נאומים ועלוני פרסום טענו כי זרם החילופין מסוכן מדי, ויש להוציאו אל מחוץ לחוק. עלון שהופץ ב-1888 כלל רשימת אנשים שמתו לכאורה בגלל זרם החילופין. כשהחליטה מדינת ניו-יורק להוציא פושעים להורג בכיסא החשמלי, זממו כוחות אדיסון תוכנית להתקין מחולל זרם חילופין של וסטינגהאוז בכלא אובורן, ולאחר מכן לכנות את זרם החילופין בשם "זרם התליינים".

על אף מערכת ההשמצות המשיך וסטינגהאוז לדגול בעקשנות ביתרונותיו של זרם החילופין. הוא רכש, לאט אך בהתמדה, קהל מאמינים בקרב המהנדסים, אנשי הכספים, ולבסוף - הציבור הרחב. ב-1891 הותקנה המערכת המסחרית הראשונה באמריקה להפצת זרם חילופין, במכרה בטלוריד שבקולורדו. אולם ניצחונו הגדול של וסטינגהאוז התחולל ביריד העולמי שנערך בשיקגו ב-1893. הוא הגיש הצעה נמוכה מהצעתו של אדיסון למכרז להתקנת מערכת התאורה ביריד, והפגין באורח מרשים מאין כמוהו את יתרונותיו של זרם החילופין ואת אמינותו. חשוב מזה, הוא הציג את המערכת האוניברסלית, שאדיסון עצמו תיאר כתנאי מכריע להתפתחות השימוש בחשמל. מפגן הכוח של וסטינגהאוז כלל מחוללי זרם חילופין, שנאים ומתמרים סיבוביים להפיכת זרם חילופין לזרם ישיר, והוכיח כי תחנת כוח יחידה המפיקה זרם חילופין מסוגלת לספק כוח לצרכנים רבים ושונים, החל בקרון חשמלית הפועל בזרם ישיר של 500 וולט וכלה במאוורר הצורך זרם חילופין של 110 וולט.

ניצחונו המכריע של זרם החילופין על הזרם הישיר התרחש לקראת סוף המאה התשע-עשרה במפעל תחנת הכוח במפלי ניאגרה. ב-1890 הקימו אילי-הכספים ג' פ' מורגן וויליאם ק' ונדרבילט את חברת הבנייה של מפלי ניאגרה, שנועדה לספק לעיר בפאלו ול-250,000 תושביה זרם שמקורו במפלים הרחוקים ממנה כ-30 קילומטר.

שתי השיטות התחרו ביניהן בחריפות על ביצוע המפעל, אולם מורגן ושותפיו בחרו במאי 1893 במערכת זרם חילופין בשני מופעים - לא במעט בזכות מפגנו של וסטינגהאוז בתערוכה של שיקגו. תחנת הכוח בניאגרה חוללה רק כמה אלפי כוחות-סוס כשנכנסה לפעולה באוגוסט 1895, אבל עם הזמן נוספו לה טורבינות שהעלו את תפוקתה ל-20,000 כוח-סוס, וב-1904 הפיקה התחנה 100,000 כוח-סוס. לא זו בלבד שמערכת זרם החילופין פעלה בהצלחה, אלא זמינותו של הכוח החשמלי עודדה את פיתוח העסקים וסייעה להקמתם של מפעלים חדשים.

תחנת הכוח בניאגרה, שנבנתה במשותף בידי וסטינגהאוז וחברת ג'נרל אלקטריק, יורשתה של חברת אדיסון, נכנסה לפעולה כמאה שנה אחרי שלואיג'י גלוואני תיאר את הזרם המוזר של חשמל חייתי העובר בעצבי רגליה של צפרדע. אמנם טיבו המדויק של הזרם לא היה נהיר אף לטובי המוחות של המאה תשע-עשרה, אבל היה לאל ידם לחקור אותו, לרתום אותו ולהפיק ממנו פעולות שונות ומשונות, ולקראת סוף המאה הניע כוח החשמל המסתורי ציוד כבד בבתי-חרושת, סיפק אור לכרכים ולבתי-חווה נידחים, הניע קרונות חשמליים ממרכזי הערים לפרברי המגורים, הפעיל מכשירים ביתיים כמו המגהץ החשמלי ושואב האבק, והעביר תשדורות לכל קצוות תבל.

כמעט בהסתר מעיני הציבור, הרחק מבתיו ההולכים ומתמלאים מכשירי חשמל, נתפרסמה ב-1897 תגליתו של הפיסיקאי הבריטי ג' ג' תומסון. ארבע-עשרה שנה אחרי המצאת המאוורר החשמלי, שנים אחדות אחרי שהמצנם החשמלי הראשון קלה את פרוסות הלחם הראשונות, עלה בידי תומסון לזהות את חלקיק האנרגיה המסתורי שמעברו בתיל מחולל את הזרם. המדע מכנה אותו בשם אלקטרון.

קראו עוד:

תומס אלווה אדיסון
ניקולא טסלה
אלכסנדר גרהם בל

ביבליוגרפיה:
כותר: עידן החשמל
שם  הספר: מגלים וממציאים : משנים את פני עולמנו
עורך הספר: ניר, אריה
תאריך: 1991
הוצאה לאור: ספרית מעריב
הערות: 1. עורך המהדורה העברית:  אריה ניר.
2. תרגם מאנגלית: עמנואל לוטם.
3. עוזרת עריכה: חיה לנדא.
הערות לפריט זה: 1. מחבר: סטיבן ס' הול.
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית