עמוד הבית > טכנולוגיה ומוצרים > אלקטרוניקה וחשמל
האוניברסיטה העברית. המרכז להוראת המדעים ע"ש עמוס דה שליט


תקציר



למה חשמל?
מחבר: ד"ר אמיר בן-שלום


ברשימת ההבדלים שבין בני-האדם לשאר בעלי-החיים עומדת באחד המקומות הראשונים היכולת לבנות מכשירים ומכונות ולהשתמש בהם. ללא יכולת זו קשה לדמיין כיצד היינו שורדים במלחמת הקיום. אנו יצורים חלשים; אין לנו שריון מגן או לפחות פרווה השומרת על חום גופנו; איננו יכולים לעוף או להתקיים מתחת למים; אנו רצים לאט ומתנדנדים על שתי גפיים בלבד, וגם לא מיטיבים לראות בלילה. אך כפיצוי לכל אלו, עומדים לרשותנו המטוס, הסדין החשמלי, הטוסטר-אובן, המנורה, מדיח הכלים, פלאייר הפטנט ושאר המכונות והמכשירים המאפשרים לנו להתגבר על מגבלותינו הגופניות, לראות בחשכה, לפצח אגוזים ואף להגיע לירח. התפתחות הטכנולוגיה הולכת בד בבד עם ההיסטוריה של המין האנושי, החל מלהב הצור בתקופת האבן, דרך המנופים ששימשו לבניית הפירמידות במצרים, ועד מעבדי המחשב המהירים, ממעבדי 386, למעבדי 486, 586 וכך הלאה.

קיימים כמובן הבדלים בין הטכנולוגיות השונות שהתפתחו לאורך ההיסטוריה, והציוד שבו נעזרו היוונים לפני 3000 שנה אינו דומה לזה ששימש את האנגלים בתקופה הוויקטוריאנית או לזה שאנו משתמשים בו כיום. אך נקודה אחת משותפת כמעט לכל המכשירים והמכונות - הם זקוקים לאנרגיה כדי לפעול.
אנרגיה זו יכולה לבוא מכוח שריריו של האדם המפעיל את המכונה, או מכוח שריריו של בעל-חיים שרותמים אליה; או כתוצאה מהמרת אנרגיה של רוח או של מפלי מים לאנרגיה חשמלית, וכמובן, מהמרת אנרגיה המשתחררת כאשר שורפים עץ, פחם, נפט, גז או כל דלק אחר.

לדלק כמקור אנרגיה יש יתרונות רבים: ראשית, הוא מכיל כמות רבה של אנרגיה. בעזרת מאה גרם של פחם או נפט ניתן להרתיח כמה ליטרים של מים או להעלות את אותם המים לגובה כמה עשרות מטרים. שנית, ניתן להשתמש בדלק בזמן ובמקום הנוחים לנו. רוח נושבת בשעות מסוימות ובימים מסוימים ומפלי מים נמצאים רק במקום שבו המים זורמים. למעשה, היה זה מנוע הקיטור, שהותקן במכונות האריגה, בקטרי הרכבת ובחדרי המכונות של האוניות, אשר היווה את הבסיס למהפכה התעשייתית ששינתה את פני העולם. מנוע זה פעל על-ידי שריפת פחם או עץ. גם היצורים החיים (כולל בני-האדם) "פועלים על דלק" - המזון שאנו אוכלים והמשמש לחימום הגוף ולהפעלת השרירים ושאר המערכות הביולוגיות.

על המהפכה

עד כאן על דלק. היכן אם כן, הקשר לחשמל? הקשר נעשה רק בסוף המאה ה-19. עד אמצע אותה מאה היה החשמל בגדר קוריוז בלבד, שילוב של מעשי כשפים ונסיונות להבנת תופעות טבע מסתוריות. בכל רחבי העולם עסקו אמנם חוקרים רבים בשפשוף של חומרים שונים זה בזה, והצליחו למשוך ולדחות פיסות נייר ולהבות נר, ליצור ניצוצות מרהיבי עין ואף לסמר את שערותיהן של נשים אשר נתלו ברתמה המחוברת לתקרה בחוטי משי. אך חוץ ממופעי ראווה ונסיונות ריפוי בעזרת אותם ניצוצות (שהיו על גבול רפואת האליל), לא היה לאנרגיה החשמלית כל שימוש מעשי. הסיבה העיקרית לכך היא, שמעטים האנשים שראו צורך במקור אנרגיה נוסף לפחם, לנפט ולגז, שהיו כה שימושיים במאה ה-19.
כיום, כאשר כל הפסקת חשמל משבשת לחלוטין את חיינו, קשה להאמין בכך, אך גם במאה הקודמת הודפסו ספרים במכונות דפוס, בדים נטוו במכונות אריגה, מאכלים בושלו ונאפו בתנורים ומנורות האירו את הרחובות והבתים. ההבדל בין אותם מכשירים לאלו של ימינו הוא, שהם הופעלו בעזרת גז, נפט, פחם או עץ, ולא בעזרת זרם חשמלי. אך מאחר שהם פעלו היטב, היה צורך במאמץ הסברתי גדול כדי לשכנע את האנשים לוותר עליהם לטובת מכשירים הפועלים באמצעות חשמל.

נניח שהיו מציעים לכם היום, בסוף המאה ה-20, לוותר על השימוש בטלפון ובפקס, ולעבור לשיטת העברת הודעות באופן טלפתי. נכון, בלשון המעטה, שיטה זו אינה יעילה ומדויקת, לא כל אחד מסוגל להשתמש בה, לפעמים ההודעות מגיעות משובשות, או לא מגיעות כלל... זו בערך התחושה שהרגישו כל אלו שבביתם היו מותקנות מנורת גז, כאשר הציע להם אדיסון לעבור לנורות החשמל. שהרי הן יקרות יותר, מפיקות אור צהוב וחלש (חלש בהרבה מאורן הבהיר והיפה של נורות הגז), בעלות אורך חיים קצר, ומחייבות השקעה כספית רבה הן בהתחברות לרשת החשמל והן בהתקנת מוליכים בבית עצמו.
היתרונות היחידים במנורות אלו הוא שקל להדליקן ולכבותן. מי שהתרגל כבר להדליק ולכבות את מנורות הגז, לא נראה לו שיתרון זה מצדיק את כל החסרונות.

ועם זאת, תוך כמה עשרות שנים הפכה האנרגיה החשמלית למקור האנרגיה המניע כמעט את כל המכשירים והמכונות הביתיות והתעשייתיות. היסודות למהפכה זו היו לא בשימוש בחשמל כמקור אנרגיה, אלא דווקא ביכולתו להעביר מידע.
בניגוד לתאורה, חימום או תנועה, שניתן היה להפעיל על-ידי שרפת פחם, לא היה כל תחליף ליכולתו של הזרם החשמלי לזרום למרחק של עשרות ומאות קילומטרים דרך זוג חוטים דקים ולהעביר הודעות כמעט במהירות האור. מכשירי האיתות ורשת הטלגרף, אשר התפשטו במהירות בכל אירופה וארצות-הברית, תרמו לא רק להעלאת המודעות לקיומו של החשמל ה"שימושי", אלא דחפו אנשים רבים לעסוק בשאלות כגון: כיצד להפיק אנרגיה חשמלית, כיצד למדוד אותה, כיצד להעבירה ממקום למקום וכמובן, אילו שימושים נוספים ניתן למצוא לה? אחד מאלו שעסקו באותן שאלות היה מפעיל תחנת טלגרף צעיר ושמו תומס אלווה אדיסון...

על חוסר יעילות ונוחות

מבחינתו של הפיסיקאי, השימוש בחשמל מהווה, במקרים רבים, בזבוז של משאבי טבע יקרים. לאנרגיה החשמלית עצמה אין כמעט כל שימוש (פרט אולי לכיסא חשמלי).... אנו זקוקים לאנרגיה של חום, של תנועה, אור, קול וכד'. כמעט כל המכשירים הפועלים באנרגיה חשמלית ממירים אותה לאנרגיה אחרת. מאידך גיסא, בתחנת הכוח מופקת האנרגיה החשמלית מאנרגיה של תנועה, וזו מופקת מאנרגיה של חום. בכל אחד מגלגולי האנרגיה יש הפסדים. אילו למשל, היינו שורפים גוש פחם ישירות מתחת לסיר, הוא היה מרתיח יותר מים מאשר קומקום חשמלי שהחשמל המגיע אליו הופק בתחנת הכוח מאותה כמות פחם. המשמעות היא, שהשימוש בחשמל, שהוא בעצם "מתווך אנרגטי", גורם לבזבוז אנרגיה. אם כמות הפחם (או הנפט, או הגז) שבעולם אמורה להספיק לעוד אלף (או מאה או מיליון) שנה, הרי אם נוותר על המותרות שבשימוש במפזר חום ובסדין חשמלי, נוכל לחמם את ביתנו (בעזרת אח, תנור נפט או גז) אלפיים שנה ולא אלף...

ברור כמובן שאיש אינו מתכוון לחזור לעבר ושהשימוש בחשמל הולך ומתרחב. השאלה היא מדוע, מדוע בוחרת האנושות לבזבז את מקורות האנרגיה שלה ולא להשתמש בהם באופן החסכוני ביותר? התשובה מסתתרת כנראה ביכולתנו לשלוט באנרגיה החשמלית. שליטה זו באה לידי ביטוי לא רק בכך שקל יותר לסובב מתג מאשר להדליק ערמת עצים, אלא בכל הקשור לטיפול באנרגיה זו. אנרגיה חשמלית קל מאוד להעביר ממקום למקום (על-ידי זוג חוטים דק), קל מאוד להפוך כמעט לכל צורת אנרגיה אחרת, ובעיקר, קל לשלוט על הקצב שבו היא זורמת (זהו ההספק).

ביבליוגרפיה:
כותר: למה חשמל?
מחבר: בן-שלום, אמיר (ד"ר)
תאריך: 1997 , גליון 14
שם כתב העת: כמעט 2000 : כתב עת למדע וטכנולוגיה
בעלי זכויות : האוניברסיטה העברית. המרכז להוראת המדעים ע"ש עמוס דה שליט
הוצאה לאור: האוניברסיטה העברית. המרכז להוראת המדעים ע"ש עמוס דה שליט; מוזיאון המדע החדש ע"ש בלומפילד
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית