בניסוי הנוכחי ניצור ענן קטן בתוך בקבוק ונוכל להעלים אותו וליצור אותו מחדש בכל רגע לפי רצוננו. הניסוי מחייב השגחה של מבוגר!

ציוד

  • בקבוק ריק של משקה קל כלשהו, בעל דופן שקופה (רצוי בנפח של 2 ליטרים)
  • מים
  • שיפוד עץ ארוך
  • גפרורים או מצית

מהלך הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון הבא:

הערה: שימו לב לא למלא את הבקבוק בהרבה עשן, אלא בכמות מזערית - כמו שמוראה בסרט. אם תמלאו את הבקבוק בכמות עשן גדולה, לא תצליחו לראות את הענן מרוב העשן...

 

הסבר

כולנו למדנו שמים רותחים בטמפרטורה של 100 מעלות צלזיוס – וזה כמובן נכון. אבל אסור להתבלבל ולחשוב שמים נוזליים אינם מתאדים גם בטמפרטורה נמוכה יותר. למעשה מים מתאדים בכל טמפרטורה, ולא רק ב-100 מעלות. בזכות זה אנחנו יכולים לייבש כביסה תלויה על חבל באוויר הפתוח אפילו בטמפרטורה של 20 מעלות ומטה. וחשוב אפילו יותר – בזכות העובדה הזו מים מתאדים מהימים והאגמים בכדור הארץ, יוצרים עננים ומורידים עלינו גשם.

מים יכולים להתאדות באוויר רק עד שיעור מסוים בלבד שתלוי בטמפרטורה. בטמפרטורה של 0 מעלות, למשל, האוויר יכול להכיל עד 0.6 אחוז אדי מים, ב-25 מעלות עד 3 אחוזים של מים ובטמפרטורה של 50 מעלות האוויר יכול להכיל עד 12 אחוזי אדים. שיעורי המים הללו באוויר נקראים אחוזי לחות מוחלטים (אבסולוטיים).

בהקשר של מזג האוויר נהוג הרבה יותר לדבר על אחוזי מים יחסיים או על לחות יחסית – כלומר כמה רחוקה הלחות באוויר מהשיעור המקסימלי שלה בטמפרטורה נתונה. אם למשל ב-25 מעלות שיעור אדי המים באוויר הוא 1.5 אחוז, נאמר שיש לחות יחסית של 50 אחוז – כי הלחות היא רק חצי מהערך המקסימלי של שלושה אחוזים. כשמשתמשים בלחות יחסית קל יותר לדעת כמה קרוב האוויר לרוויה: ככל שהמספר קרוב יותר ל-100 אחוז כך האוויר רווי יותר במים.

אם ניקח כלי, נמלא אותו במים ונסגור אותו כך שלא תהיה בו תחלופה של אוויר, כמו שעשינו לבקבוק בניסוי, תוך כמה דקות המים שבו יתאדו והאוויר יהיה רווי במים, כלומר יכיל את אחוז המים המוחלט המרבי שהוא יכול להכיל: 100 אחוזי לחות יחסית.

כאמור, ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר האוויר יכול להכיל יותר מים ולהיפך – ככל שקר יותר האוויר יכול להכיל פחות מים. כאן נעוץ סוד יצירת העננים: כשאוויר רווי במים בטמפרטורה גבוהה מתקרר, הוא אינו יכול להכיל יותר את אדי המים שבתוכו ולכן הם מתעבים, כלומר הופכים באוויר לטיפות מים קטנטנות שאנו רואים בתור עננים. אם הטיפות גדולות יותר הן יורדות עלינו כגשם, ואם התהליך מתרחש קרוב לפני הקרקע אדי המים יתעבו כטל על הצמחים בבקרים קיציים לחים. אם התהליך מתרחש בתוך הבית, בהשפעת המזגן, המים מתעבים וזורמים החוצה מהמזגן דרך פתח הניקוז.

בניסוי הנוכחי אנו מנצלים את העובדה שכאשר דוחסים גז הוא מתחמם. אפשר להרגיש את זה למשל כשאנחנו דוחסים אוויר לתוך צמיג של אופניים – אם תגעו בקצה המשאבה בזמן המילוי תרגישו שהוא מתחמם. לעומת זאת, כשגז מתפשט והלחץ שלו יורד – הוא מתקרר.

בניסוי אנחנו דוחסים את הבקבוק הסגור ולכן האוויר שבו מתחמם ועוד מים מתאדים, כי ככל שהאוויר חם יותר הוא יכול להכיל יותר אדי מים. לאחר מכן אנחנו מרפים מהבקבוק, האוויר מתפשט ומתקרר ואינו יכול להכיל יותר את כל אדי המים שבתוכו. כתוצאה מכך עודפי המים מתעבים לטיפות מים קטנטנות שמחזירות את האור שפוגע בהן ונראות לבנות, כלומר ענן. אם נלחץ על הבקבוק מחדש, האוויר שבו יתחמם, יוכל שוב להכיל יותר מים, והענן יתאדה וייעלם.

טיפות המים נוצרות בתהליך ההתעבות בקלות רבה יותר אם יש באוויר חלקיקים קטנים, שמכונים גרעיני התעבות. בטבע אלה יכולים להיות גרגירי אבק, אבקני צמחים, חלקיקי מלח מהים ואפילו חלקיקי עשן שפולטות מכוניות. בניסוי הנוכחי אנו משתמשים בעשן בתור גרעיני ההתעבות של הטיפות. כפי שרואים בסרטון, בלעדי העשן קשה מאוד למים להתעבות באוויר, והם מעדיפים להתעבות כטיפות על הדפנות ולא במרכז הבקבוק כענן.

מעניין לציין

בעקבות ההבנה שעננים מתעבים טוב יותר סביב מרכז עיבוי או גרעיני התעבות התעורר הרעיון לפזר בחורף באופן מלאכותי חלקיקים קטנים בשמיים כדי לעודד יצירת עננים וירידת הגשם. אחרי ניסויים רבים נמצא שחומר בשם יודיד הכסף מסייע בצורה הטובה ביותר ל"זריעת עננים" (כך נקראת הפעולה). בכל יום חורפי ממריאים בישראל מטוסים לאוויר ומפזרים את אבקת החומר בשמיים כדי להגביר את המשקעים.


זריעת עננים, ממטוס או באמצעות תנורים מהקרקע | איור: DooFi, ויקיפדיה

לפי המדידות, כמות המשקעים בישראל עלתה ב-13 אחוזים בעקבות פעולת הזריעה הזו. (אולם הנושא איננו חד משמעי ויש מדענים החולקים על יעילות הפעילות לזריעת העננים).

8 תגובות

  • אנונימי

    העלאת הלחץ בבקבוק

    שלום דר אסייג
    הבנתי שבתהליך הדחיסה של הבקבוק טמפ האויר עולה וכך האויר יכול להכיל יותר אדי מים. אבל מה לגבי הלחץ שעלה? הרי כמות אדי המים שהאויר יכול להכיל מושפעת מהטמפ ומהלחץ ביחד.
    איך זה מסתדר עם מה שרואים בניסוי? הטמפ משפיעה יותר מעליית הלחץ?
    תודה

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    הלחץ הכולל לא משפיע

    זה מעניין, אבל כמות אדי המים שהאוויר יכול להכיל לא מושפעת מהלחץ שלו. לחץ שיווי משקל, או 'לחץ האדים' זאת תכונה 'פנימית' של המים (או של כל נוזל שהוא).
    תוכל לראות זאת אם תעשה ניסוי, ותיקח כלי ובתוכו 'וואקום' (לחץ אפס – בלי אוויר בכלל) ותזריק לתוכו מים, המים יתאדו עד לחץ שיווי המשקל שלהם, והלחץ בכלי יעלה נאמר לכ-23 טור' (יחידה למדידת לחץ, שוות ערך למילימטר כספית).
    עכשיו תיקח כלי עם אטמוספירה אחת, קרי 760 טור' של אוויר יבש. תזריק לתוכו טיפת מים – ותראה שהלחץ גם יעלה ל 783 טור', כלומר בדיוק באותם 23 טור' של התאדות המים בטמפרטורה הנתונה.
    כלומר העלאת הלחץ לא מורידה את כמות המים שהאוויר יכול להכיל. (אם תרצה – יש מספיק מקום באוויר גם לאדי המים, אולי בלחצים גבוהים ממש, של מאות אטמוספירות אז יתחיל כבר להיות 'צפוף' והלחץ ישפיע, אבל כל עוד אנו סביב אטמוספירה, עדיין רוב רובו של האוויר הוא ריק).
    הלחץ כן ישפיע על קצב ההתאדות, אבל לא על הכמות הכוללת של המים שהאוויר יכול להכיל בסופו של דבר (במצב שיווי משקל).
    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • אנונימי

    תודה רבה. הסבר ברור מאוד.

  • רות שבח גטריידה

    מדוע אויר שנדחס מתחמם?

    ד"ר אבי סייג שלום שוב
    והינה עוד שאלה שהפנתה אלי אחת התלמידות בעקבות ניסוי הענן בבקבוק:
    מדוע אויר שנדחס מתחמם ואוויר שמשתחרר, מתקרר?
    כפי שאתה יכול לראות, הניסוי עשה כנפיים והדים רבים בשיעורי גאוגרפיה של שכבת ח', ואנו רוצים להעמיק את ההבנה והידע שלנו בנושא
    תודה
    רות

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    מדוע גז שנדחס מתחמם

    שלום רות,

    ראשית - אני שמח שהניסויי משמש אתכם גם במסגרת בית הספר :-)

    בקשר לשאלתך: הסיבה להתחממות ולהתקררות של גז כשנדחס או מתפשט קשורה לתורה פיזיקלית הנקראת תרמודינמיקה (ועוסקת במעברי אנרגיה וחום בגזים). פיתוח המשוואות הקשורות לנושא דחיסה אדיאבטית, או חימום וקירור אדיאבטים מראה שבהכרח הטמפרטורה משתנה בדחיסה או התפשטות מהירים. (ראי בקישור).

    אבל זה חומר שנלמד רק במסגרת אוניברסיטאית, ולא נראה לי שהסבר של 'משוואות' יספק תלמידים בכיתה ח'. אז אפשר להסביר את התופעה מנקודת המבט של חוק שימור האנרגיה (שאותו אני חושב שהתלמידים כבר לומדים במסגרת שיעורי הפיזיקה). החוק קובע שהאנרגיה בעולם תמיד נשמרת, ורק פושטת צורה אחת ולובשת צורה אחרת, ולכן כאשר אנו דוחסים גז – אנחנו למעשה מבצעים עליו עבודה (משקיעים כוח לאורך דרך), משקיעים בו אנרגיה. וכיוון שהאנרגיה לא יכולה להעלם, האנרגיה שהושקעה בדחיסה למעשה מועברת לגז, האנרגיה הפנימית של הגז עולה ולכן והטמפרטורה שלו עולה, זה פשוט גלגול של אנרגיה.

    ראי כאן – אם דוחסים גז מאוד מהר וחזק, האנרגיה שמשקיעים בו כל כך רבה שהיא מעלה את הטמפרטורה שלו עד רמה כזו – שפיסת נייר שנמצאת בו נדלקת:
    https://youtu.be/BPqJKdBAXE4

    לגבי קירור – בדיוק ההפך, הגז שמתפשט דוחף דפנות, מבצע עבודה, ובהכרח האנרגיה הפנימית שלו יורדת, הטמפרטורה שלו יורדת.

    אני מקווה שזה הסבר ברור מספיק.

    בברכה,

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

  • רות שבח גטריידה

    הגשם - האם מים טהורים או בשל גרעיני ההתעבות כבר לא?

    שלום רב
    אני מורה לגאוגרפיה, ונשאלתי בשיעור על היווצרות עננים, שאלה מעניינת: אם בסיס כל טיפה הוא גרעין התעבות, שרובם חלקיקים שנחשבים מזהמים, האם הגשם שלא אינו מים טהורים כמו שחשבנו?
    תשובתי ההגיונית הוא שהחלקיק הוא מקרוסקופי ולכן זיהומו בטל בשישים. אשמח לשמוע דעה מדעית
    תודה

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    תלוי...

    שלום רות, הפניתי את שאלתך לפרופ' אילן קורן ממכון ויצמן (שתחום המחקר שלו הוא עננים, כך שקיבלת תשובה ממקור מדעי הכי גבוה שיש). הוא כתב שאת צודקת לחלוטין ברוב המקרים – כמעט תמיד האירוסול אכן זניח לחלוטין – ומי הגשם בהחלט יכולים להיחשב כמים טהורים.
    אבל –
    במקרים בהם קיים זיהום אוויר חמור, למשל בימי אובך חזקים, ריכוז המינרלים במים כבר לא זניח, והמים לא יכולים להיחשב כטהורים, ואפשר באמת לראות את זה אפילו כגשם בוצי / גשם מלכלך.
    בברכה,
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • רות שבח גטריידה

    תודה

    תודה על בדיקתך ותשובתך
    אחזור אל למידתי עם התשובה
    רות