מי המציא את החשמל ומתי? כל מה שצריך לדעת

הרעיונות הראשונים שהופיעו על תופעות ודברים שקשורים לכוח החשמל הופיעו כבר מהעת העתיקה, תתפלאו לשמוע. היוונים הקדמונים הבחינו שכאשר משפשפים "אמבר", שזה בעצם שרף עצים מאובן, האמבר מושך אליו עצמים קלילים כמו שיער ונוצות. 

היוונים לא באמת הבינו את התופעה ולא הבינו מה באמת גילו, אבל זה נראה להם כמו קסם. התופעה הזו זכתה לשם "אלקטרון" ביוונית. מכאן נלקח המונח "חשמל", וזוהי התגלית המוקדמת ביותר של חשמל סטטי. 

רק במאה ה-17 מדענים החלו להתייחס לתופעות בצורה מדעית ושיטתית יותר. לאחר אלף ושש מאות שנה הגיע ויליאם גילברט שהיה הראשון להבין שיש חומרים שמוליכים חשמל, כמו מתכת למשל, וגם חומרים שלא, כמו גומי. זה היה הצעד הראשון בהבנת החשמל, הבנת התופעה, ואיך החשמל באמת "זורם".

במאה ה-18, אחד המדינאים החשובים בארה"ב, בנג'מין פרנקלין, היה מדען עם ראש פתוח שרצה להוכיח שהברק הוא צורה של חשמל. מה הוא עשה? שלח עפיפון עם מפתח באמצע סופת רעמים! זה אמנם נשמע מטורף אבל הניסוי הזה (שהוא לא פחות ממסוכן ממש) הוכיח את הטענה שלו. בזכות ניסוי העפיפון של פרנקלין יש לנו כיום מגיני ברקים על בניינים.

אנו נשארים במאה ה-18 – בערך בשנת 1800 פיזיקאי איטלקי בשם אלסנדרו וולטה המציא את "העמוד הוולטאי", שזו בעצם הסוללה החשמלית הראשונה בהיסטוריה! לפתע, אפשר לייצר זרם חשמלי רציף, מה שלגמרי שינה את כללי המשחק בכל מה שקשור לזרם חשמלי.

אוקיי עכשיו יש זרם חשמלי, מה עושים איתו? על השם תומס אדיסון שמעתם? בסוף המאה ה-19, אדיסון היה גאון יישומים. בניגוד למה שכולם חושבים הוא לא המציא את הנורה החשמלית מאפס אלא שכלל אותה למשהו שימושי, עמיד ויציב. אבל האם זה הכל? לא ממש. 

אדיסון בעצמו הבין שזה לא מספיק ויש פה עולם הרבה יותר גדול ממה שחשב. הוא בנה את "המערכת" – גנרטורים, מפסקים, כבלים ותחנת כוח בניו יורק – המערכת האירה שכונות שלמות לראשונה. אנו מכירים את אדיסון בתור "אב החשמל", אבל הוא לא היחיד שנשאב לתופעת החשמל.

ניקולה טסלה, עוד שם מאוד מוכר, שהיה פיזיקאי אמריקאי, האמין בזרם חילופין (AC), שלדעתו היה הרבה יותר יעיל מאשר השיטות הקודמות להעברת חשמל למרחקים ארוכים יותר. בין טסלה לאדיסון התפתחה "מלחמה" מפורסמת, והסתיימה בניצחונו של טסלה. בזכותו החשמל מגיע אלינו היום מתחנות כוח רחוקות ולאו דווקא תחנות קרובות. למרות היריבות ביניהם, אין ספק ששניהם פורצי דרך וגאונים בתחומם.

על מנת להבין איך באמת נוצר החשמל, בואו נצלול לעולם נסתר: עולם האטומים. כל חומר ביקום שלנו מורכב מאטומים. בכל אטום יש גרעין ומסביבו חלקיקים זעירים בשם אלקטרונים המקיפים אותו. 

בסיפור החשמל, האלקטרונים הם הגיבורים האמיתיים של כל הסיפור – הם יכולים לנוע. במתכת למשל, כמו נחושת (החומר ממנו עשויים חוטי חשמל) האלקטרונים החיצוניים אינם קשורים לגרעין והם יחסית חופשיים לדלג מאטום לאטום, מה שיוצר זרם חשמלי.

לאחר שהבנו איך נוצר חשמל בתור הבסיס, חייבים לתת להם תנועה וזרימה. על מנת שיזרמו בכיוון אחד צריך לתת להם "פוש" (דחיפה), כוח אלקטרומניע או בשם אחר: מתח חשמלי. 

את המתח החשמלי יוצרים באמצעות כמה דרכים:

• תגובה כימית – בסוללות מתרחשות תגובות כימיות ואז משתחררים אלקטרונים בצד אחד של הסוללה. בסופו של דבר, הסוללה סופחת אותם בצד השני. זה יוצר מתח חשמלי המאלץ את האלקטרונים לזרום דרך מעגל חשמלי למטרת איזון.
• חיכוך (חשמל סטטי) – ההגדרה לחשמל סטטי זה מטען חשמלי שנשאר במקומו. הברק הוא דוגמה טובה לכך, ברקים נוצרים מהפרשי מטענים עצומים בעננים. גם כשמשפשפים בלון על שיער למשל, מעבירים אלקטרונים מהשיער לבלון, כשהבלון צובר מטען עודף. השיער חסר אלקטרונים וזה יוצר מתח חשמלי.
• מגנטיות ותנועה – זו השיטה העיקרית שמשמשת תחנות כוח והיא החשובה ביותר מכולן. באמצעות העיקרון הפיזיקלי "אינדוקציה אלקטרומגנטית", מזיזים מגנט ליד חוט מוליך מה שיוצר מתח חשמלי בחוט, מה שגורם לאלקטרונים שבו לנוע.

החשמל נוצר בתחנות הכוח בצורה הבאה:

1. דלקים מאובנים – תחנות כוח שורפות דלקים מאובנים כמו פחם, גז טבעי ונפט על מנת לייצר חשמל. כאשר הדלקים הללו נשרפים הם משחררים כמות אדירה של חום. החום הזה משמש להפיכת מים לקיטור, שמניע טורבינה שמחוברת לגנרטור. הטורבינה מסתובבת ויוצרת זרם חשמלי, ובכך מייצרת חשמל.
2. כוח גרעיני – חלק מתחנות הכוח משתמשות בכורים גרעיניים לייצור חשמל. בכורים גרעיניים גרעין האטום מתפקע בתהליך שנקרא "ביקוע גרעיני". הביקוע הזה משחרר כמות עצומה של אנרגיה בצורת חום, שמשמש להפקת קיטור ויצירת חשמל.
3. מקורות מתחדשים – בשנים האחרונות גובר השימוש במקורות אנרגיה מתחדשים כמו רוח, מים, ואור שמש לצורך ייצור חשמל. מקורות אלו נקראים אנרגיה סולרית שלוכדת את אנרגיית השמש, כשטורבינות רוח וסכרים הידרואלקטריים משתמשים באנרגיה של מים זורמים כדי להניע את הטורבינות וליצור חשמל.

איך החשמל עובר מתחנות הכוח היישר אלינו הביתה?

לאחר שהבנו כיצד נוצר החשמל, בואו נחקור איך הוא עובר מתחנות הכוח אל הבית והמכשירים בהם אנחנו משתמשים ביום יום.

החשמל הוא זרימה של אלקטרונים זעירים שנעים דרך חוטים. כדי שיהיה חשמל, צריך נתיב שלם עבור האלקטרונים לזרום בו, כמו לולאה או מעגל. הנתיב הזה נקרא "מעגל חשמלי". דמיינו כביש סגור בו אלקטרונים יכולים לנסוע בחופשיות, וכאשר מחברים מכשיר אלקטרוני או מדליקים את האור, משלימים את המעגל המאפשר לאלקטרונים לזרום ממקור הכוח (כמו תחנת כוח למשל) למכשיר ובחזרה.

קחו לדוגמה הדלקת נורה, דבר מאוד פשוט ובסיסי בחשמל. כאשר מדליקים נורה, אנחנו סוגרים את המעגל החשמלי באמצעות מתג ההדלקה והכיבוי. החשמל זורם מתחנת הכוח דרך החוטים בבית שלנו, אל הנורה, ומאיר אותה. כשאנו מכבים את האור, המעגל החשמלי נפתח וזרימת החשמל נעצרת.

החשמל הוא תופעה מדהימה וחסרת תקדים של הטבע שנחקרה ונלמדה במשך מאות שנים ע"י אינספור מדענים ופיזיקאים. אפשר להגיד שאין באמת תשובה אחת קונקרטית לשאלה "מי המציא את החשמל", והתשובה המדויקת שתחפשו היא "אף אחד".

החשמל איננו תגלית או המצאה של אדם אחד אלא תוצר של מחקר, ניסויים ותגליות במשך שנים רבות על ידי מספר אנשים שונים, כל אחד בתחומו ובדרכו המרתקת. כל אחד מהם תרם רבות לידע, לרעיונות וליישום העברת חשמל בכל רחבי העולם.

החשמל נוצר באמצעות התקדמות מצטברת וסבלנית, כל תגלית לקחה משהו מקודמתה ושודרגה פי כמה וכמה, לעיתים באמצעות כמה שיטות שונות. בזכות אותם מוחות מבריקים של פרנקלין, טסלה, אדיסון ועוד, אנו זוכים לחיות בעולם מואר יותר.

אם המאמר ממש עניין אתכם, תשמחו לשמוע שאפשר ללמוד עוד המון דברים באנגלית ולהעשיר את הידע יחד איתנו בנובקיד. הירשמו עכשיו לשיעור ניסיון עם ילדכם ובואו ללמוד על חשמל ועוד!