איך אפשר להפריד תערובת של מלח ופלפל

בניסוי הזה נצליח לעשות מה שנראה בלתי אפשרי – להפריד תוך שניות מעטות בין מלח ופלפל מעורבבים ביחד.

ציוד

• מלח
• פלפל
• צלחת
• בלון (או חפץ אחר מפלסטיק בעל משטח גדול יחסית)
• שיער ;-) (או סוודר עשוי צמר טבעי)

מהלך הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון הבא:

הסבר

החומרים שאנו פוגשים בחיי היומיום מורכבים ממולקולות ומאטומים, כאשר כל אטום בפני עצמו בנוי מאלקטרונים בעלי מטען חשמלי שלילי שמקיפים פרוטונים בעלי מטען חשמלי חיובי הנמצאים במרכז האטום. בדרך כלל חומרים שאנו נוגעים בהם מאוזנים מבחינה חשמלית, כלומר המטענים החיוביים והשליליים שבהם מאזנים זה את זה, ואין לחומר עצמו מטען חשמלי.

חשמל סטטי נוצר משפשוף של שני חומרים, כמו שיער ופלסטיק, או הצמדה והפרדה שלהם, שגורמים לאלקטרונים "להיתלש" מחומר אחד ולעבור לחומר השני. כך נוצר מטען חשמלי בשני החומרים – חומר אחד שהתווספו לו אלקטרונים שליליים מקבל מטען שלילי, והחומר השני, שאלקטרונים נגרעו ממנו – נטען במטען חיובי.

מטענים חשמליים מנוגדים (מינוס ופלוס) מושכים זה את זה, ומטענים חשמליים זהים (מינוס ומינוס או פלוס ופלוס) דוחים זה את זה. עובדה זו מסבירה מדוע השיער נמשך לבלון אחרי השפשוף – הבלון מצליח לתלוש אלקטרונים מהשיער (גומי נטען בדרך כלל במטען שלילי), נטען במטען שלילי ומושך אליו את השיער, שנטען במטען חיובי.

אבל מדוע חפצים קטנים כמו פלפל ומלח נמשכים לבלון? הרי הם לא טעונים חשמלית.

ובכן, זה נובע מתופעת הקיטוב החשמלי: כשמקרבים בלון גומי טעון בחשמל סטטי אל חומר אחר, החומר האחר עובר "קיטוב" חשמלי (פולריזציה) בדומה למה שמתרחש באטומים ובמולקולות, באמצעות השראה – האלקטרונים שבו מסתדרים לפי הכוח החשמלי שמשרה עליו הבלון הטעון. אם הבלון טעון במטען שלילי, האלקטרונים בכל חומר שהבלון יתקרב אליו יידחו מעט לכיוון ההפוך. בעקבות זאת החומר יתקטב, כך שחלק ממנו, שיש בו עודף יחסי באלקטרונים, יהיה רחוק מהבלון, והחלק שיש בו חוסר יחסי של אלקטרונים יהיה קרוב לבלון ומטענו יהיה חיובי בגלל המחסור באלקטרונים. אפשר לראות זאת היטב באנימציה הבאה (גודל הגרגר מצויר בהגדלה):

התוצאה היא שכוח משיכה חשמלי יופעל בין הבלון לבין החומר שהבלון התקרב אליו (כלומר בין המטען של הבלון לבין הקוטב החשמלי המנוגד למטענו – שנמצא קרוב אליו בתוך החומר). לכן הגרגרים של המלח והפלפל נמשכים לבלון. כוח המשיכה החשמלי תלוי במרחק ומתחזק ככל שהמרחק קטן יותר, ולכן המשיכה בין המינוסים שבבלון לפלוסים שבגרגרים גוברת על הדחייה שמפעילים המינוסים הרחוקים בגרגירים.

אבל יש עוד כוח שמעורב בסיפור – כוח הכבידה (גרביטציה), והכוח הזה מושך את הגרגירים כלפי מטה. כיוון שהמסה של גרגרי הפלפל קטנה יותר מהמסה של גרגירי המלח, כוח המשיכה המופעל עליהם קטן יותר, והם קלים יותר, ולכן הם יימשכו ראשונים כלפי מעלה לעבר הבלון. אם נקרב את הבלון עוד יותר לתערובת, כוח המשיכה החשמלי יתחזק – כי כאמור הוא תלוי במרחק – ואז גם המלח יימשך לבלון. זאת אומרת שאם אנחנו רוצים הפרדה טובה בין המלח לפלפל, נצטרך למצוא את המרחק המדויק שבו רק הפלפל יעלה למעלה ויידבק לבלון, בעוד המלח יישאר בצלחת.

מעניין לציין

יש עוד הרבה ניסויים נחמדים שאפשר לעשות עם בלונים וחשמל סטטי, כמו לבנות בלון שנדבק לתקרה כאילו היה מלא הליום, לגרום לפחיות להתגלגל, ואפילו להסיט הצדה זרם של מים.