בניסוי הזה נבנה סוג של שבשבת מסתובבת, אבל לא בכוח הרוח אלא בכוח המשיכה החשמלי, ולכן היא יכולה להסתובב גם בתוך כוס אטומה.

ציוד

  • בלון
  • נייר אלומיניום
  • פלסטלינה
  • כוס
  • קיסם
  • סרגל
  • עט או טוש סימון
  • שיער או אפודת צמר (כדי לשפשף בהם את הבלון)

מהלך הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון הבא:

טיפּ לניסוי מוצלח: עשו את ההדגמה במזג אוויר יבש או באוויר היבש של חדר ממוזג. כשהאוויר לח, החשמל הסטטי נוטה להתפרק במהירות מעצמו והניסוי יצליח פחות.

הסבר

החומרים שאנו פוגשים מדי יום בעולמנו מורכבים ממולקולות ומאטומים. כל אטום מורכב מאלקטרונים טעונים במטען חשמלי שלילי שמקיפים פרוטונים בעלי מטען חשמלי חיובי. בדרך כלל החומרים שאנחנו נוגעים בהם די מאוזנים מבחינה חשמלית, כלומר המטענים החיוביים והשליליים שלהם משתווים זה לזה ולחומר אין מטען חשמלי כולל.

חשמל סטטי נוצר כשמשפשפים שני חומרים (כמו שיער ובלון גומי) או מצמידים אותם ואז מפרידים. המגע ביניהם גורם לאלקטרונים להיתלש מחומר אחד ולעבור לחומר השני וכך נוצר בשני החומרים מטען חשמלי – חומר אחד, שאליו נוספו אלקטרונים, מקבל מטען שלילי, והשני, שממנו נגרעו אלקטרונים, נטען במטען חיובי.

מטענים חשמליים מנוגדים (מינוס ופלוס) מושכים זה את זה, ומטענים חשמליים זהים (מינוס ומינוס או פלוס ופלוס) דוחים זה את זה. העובדה הזאת מסבירה למשל מדוע השערות שלנו נמשכות לבלון אחרי השפשוף – הבלון תולש אלקטרונים מהשיער (גומי נוטה לקבל מטען שלילי), ולכן נטען שלילית ומושך אליו את השיער, שמקבל מטען חיובי.

אבל מדוע שבשבת האלומיניום נמשכת לבלון? הרי היא עצמה לא טעונה חשמלית?

התשובה היא שזה קורה בגלל תופעת הקיטוב החשמלי: כשחומר שטעון במטען חשמלי (כמו הבלון) מתקרב לחומר אחר, החומר האחר עובר קיטוב חשמלי (פולריזציה). התהליך הזה דומה למה שמתרחש באטומים ובמולקולות ב"השראה אלקטרומגנטית": המטענים בחומר השני מסתדרים בהתאם לכוח החשמלי שמשרה עליהם החומר הטעון.

ספציפית, אם לבלון יש מטען שלילי, האלקטרונים או המטענים החשמליים בכל חומר שהבלון יתקרב אליו יידחו מעט לכיוון ההפוך. כתוצאה מכך החומר יתקטב, כלומר יהיה בו עודף מסוים באלקטרונים בצד הרחוק מהבלון ומחסור יחסי באלקטרונים קרוב לבלון, כך שהאזור הזה ייטען במטען חיובי. דוגמה תוכלו לראות באנימציה הבאה, שלקוחה מתוך הניסוי שלנו 'מירוץ הפחיות המכושפות'. היא ממחישה את תהליך ההימשכות של פחית מתכת אל בלון טעון בעקבות השראה חשמלית וקיטוב.

בניסוי שלנו, כוח משיכה חשמלי נוצר בין הבלון לשבשבת המתכתית, שמסתובבת יחד עם הבלון כאילו הם קשורים זה לזה. כוח המשיכה החשמלי בין הבלון והשבשבת תלוי במרחק, ולכן המשיכה בין המטענים השליליים שבבלון למטענים החיוביים שבשבשבת גוברת על הדחייה שמפעילים המטענים השליליים בחלקים הרחוקים יותר של השבשבת.

מעניין לציין

בניסוי רואים תופעה מעניינת – שדה הכוח האלקטרומגנטי "עובר" גם דרך חפצים אחרים – הוא מדלג מעבר לדופן הכוס ומשפיע על השבשבת שבתוכה. אבל אם הכוס הייתה עשויה מתכת,  שמוליכה חשמל בעצמה, היה נוצר לנו כלוב פארדאיי, שהיה מצליח למסך את השדה האלקטרומגנטי והשבשבת לא הייתה מסתובבת.

לצערנו - לא כל הכוחות ניתן למסך – למשל את שדה כוח המשיכה. לכן אי אפשר לבנות בכדור הארץ כלוב שבו לא יורגש כוח המשיכה (תחשבו על זה – חדר כזה היה יכול להיות כיף!).

5 תגובות

  • שירלי

    חוסר הצלחה של הניסוי

    ניסיתי לבצע את הניסוי מספר פעמים, לפי ההוראות שבטקסט ובוידאו והוא לא צלח. מה יכולות להיות הסיבות לכך?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    ניסויים בחשמל סטטי – חמקמקים

    היי שירלי
    האמת זה ניסוי 'קשה' (להצלחה), ואפילו כשצילמנו אותו הוא לא עבד לנו מיד. ניסויים עם חשמל סטטי הם בדרך כלל כאלה (את יכולה להציץ בתגובות ביוטיוב שקיבלנו לניסוי דומה כאן: https://youtu.be/3v1Rrvu6zo4 - הרבה כותבים שלא הצליחו).
    אני ארשום לך כמה טיפים לניסוי מוצלח:
    בשביל שהניסוי יצליח, צריך שדה חשמלי חזק, או במילים פחות מדעיות צריך ליצור 'הרבה' חשמל סטטי. כדי ליצור הרבה חשמל סטטי צריך להקפיד שהבלון לא יהיה משומן, כי שמן מונע יצירת חשמל סטטי טוב, לכן צריך להקפיד לרחוץ ידיים בסבון לפני הניסוי, אסור שבראש יהיה שמן / ג'ל / קרם לחות לשיער או משהו דומה, צריך שיער ממש יבש – או אפודת צמר.
    בנוסף – לחות שבאוויר 'פורקת' את החשמל הסטטי, ולכן מומלץ לעשות את הניסוי במזג אוויר יבש (נגיד ביום שרב, אז תמיד נוצר חשמל סטטי כמעט כל הזמן) – או להפעיל בחדר את המזגן על קירור לפחות 20 דקות לפני שמתחילים את הניסוי – כדי שיהיה אוויר יבש. ביום לח – זה פשוט לא יצליח, ולא משנה כמה תנסי.
    עוד עצות: העוצמה של שדה חשמלי יורדת עם המרחק (בריבוע) – ולכן כדאי לקרב את הבלון עד כמה שאפשר לכוס (ולשבשבת שבתוכה), וגם לקחת כוס קטנה יחסית, כדי שהשבשבת תהייה קרובה כמה שאפשר לקצוות הכוס – ולבלון (אבל בלי שהשבשבת תיגע בכוס, שלא יהיה חיכוך. בכלל כדאי לבדוק שהשבשבת מסתובבת בקלות).
    בהצלחה :-)- ואל תתני לאי-הצלחה לייאש אותך (ככה זה רוב הפעמים במדע).
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • שירלי

    תודה :)

    תודה רבה על התשובה הזריזה והמפורטת :) נחזיק אצבעות שזה יצליח!!

  • אלדד ידידיה

    הדפסת הניסויים

    שלום רב, יש קוראים דתיים ואף חרדים שאין להם מחשב בבית.
    לו ניתן להכין קובץ אחד ( עם פחות רווחים בין השורות ופונט בגודל 12-14) להדפסה היה עוזר להם מאד

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    אבל מהלך הניסוי...

    אבל מהלך הניסוי של כמעט-כל הניסויים באתר הוא בוידאו, כך שזה היה מצריך לעבור על כל הניסויים ולכתוב אותו מחדש, ולצערי אין כוח האדם לעשות את זה. הכל בנוי סביב הוידאו.
    אם יש כבר מחשב אחד כדי להדפיס חומר - אפשר גם להוריד את קובץ הוידאו, לשמור אותו ולהראות אותו אחר כך במכשיר אחר (למשל די-וי-די).
    אנחנו גם מתכננים להוציא ספר 'מדע בבית' בעתיד (בינתיים זה בגדר רעיון ראשוני) וזה אולי יעזור.
    בנוסף - ממחקר שקראתי, בניגוד לתדמית, חדירת הטלפונים החכמים למגזר החרדי היא גדולה מאוד, כך שיכול להיות שעוד כמה שנים זה כבר לא תהייה בעיה לראות את הניסויים דרכם, ולא דרך מחשב, גם לאוכלוסיה זו. האתר עצמו מותאם במלואו לגלישה בטלפונים ניידים.

    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע