Home About us Products Services Contact us Bookmark
:: wikimiki.org ::
תא סולרי

תא סולרי

התא הפוטו וולטאי הוא התקן להפקת אנרגיה חשמלית ע"י קליטת קרינה אלקטרומגנטית. הדבר מתאפשר על פי האפקט הפוטואלקטרי.

האפקט הפוטו אלקטרי

האפקט הפוטו אלקטרי אומר כי ניתן לערער אלקטרון מחוגו סביב גרעין האטום כאשר מעניקים לו אנרגיה מסוימת. כאשר פוגע גל אלקטרומגנטי באורך ובתדירות המתאימים האנרגיה שלו מתגלגלת אל האלקטרון. האנרגיה מספיקה בכדי 'לשחרר' את האלקטרון ממסלולו סביב הגרעין ולהעלותו רמה אלקטרונית, או להוציאו מן האטום. על גילוי זה זכה אלברט איינשטיין בפרס נובל לפיזיקה.

מבנה התא הפוטו וולטאי

התא הפוטו וולטאי הנפוץ ביותר בנוי משתי שכבות צורן שבכל אחת עקבות של אל-מתכת אחרת. שתי השכבות מחוברות בתיל מוליך. לצורך הדוגמה בשכבה העליונה העקבות הן של היסוד ארסן ובתחתונה הן של היסוד בורון. לאטום צורן ארבעה אלקטרונים ברמה החיצונית והוא יוצר קשרים קוולנטיים עם ארבעה אטומי צורן אחרים. לארסן חמישה אלקטרונים ברמה החיצונית, לכן ישנו אלקטרון "מיותר" בשכבה העליונה, אשר לא משתתף במבנה של הצורן. לכן ניתן לומר ששכבה זו שלילית למחצה. לבורון שלושה אלקטרונים ברמה החיצונית, לכן נוצרים "חורים" במבנה הצורן ברמה החיצונית. לכן ניתן לומר ששכבה זו חיובית למחצה. משום כך ישנה משיכה כימית בין השכבות, כאשר אלקטרון הארסן שואף להגיע אל 'חורי' הבורון.

אופן הפעולה

כאשר גלים באורך המתאים נקלטים בשכבה העליונה, האלקטרונים ה'מיותרים' שבה משתחררים ממשיכת הגרעין והופכים חופשיים. המשיכה הרבה של השכבה התחתונה גורמת לאלקטרונים החופשיים לנוע מהשכבה העליונה דרך המוליך אל השכבה התחתונה. הדבר יוצר יונים חיוביים (קטיונים) של ארסן בשכבה העליונה, ויונים שליליים (אניונים) של בורון בשכבה התחתונה. עובדה זו גורמת למשיכה בין היונים ובעקבות כך למסירת אלקטרונים מהשכבה התחתונה אל העליונה. מעגל זה ימשך כל עוד מקור האור זמין. ניתן להשתמש בתהליך זה כאשר מחברים למוליך מכשיר חשמלי כלשהו.

יישומים

אספקת חשמל לתחנות חלל וללוויינים, למבנים או למכשירי חשמל מבודדים (בישראל ניתן לראות תאים פוטו-וולטאים מותקנים על עמודי תאורה ליד תחנות הסעה מבודדות) ועוד. category:אלקטרוניקה ja:太陽電池 ko:태양 전지

אנרגיה

אנרגיה היא גודל פיזיקלי סקלרי, המשמש בכל ענפי הפיזיקה. אנרגיה היא גודל שיכולה להצבר על ידי גוף או מערכת. מנקודת מבט פיזיקלית, כל מערכת מכילה כמות מסויימת של גודל סקלרי המכונה אנרגיה. גודל זה לובש צורות שונות המתוארות בדרכים שונות, בהתאם לסוג האנרגיה המתואר. אחת הפונקציות המתוארות על ידי אנרגיה היא היכולת לבצע עבודה. כמות העבודה שמערכת מסוגלת לבצע אינה עולה על כמות האנרגיה שהמערכת מכילה, בהתאם לעקרון שימור האנרגיה. האנרגיה מצוייה במספר צורות בסיסיות, על פי כוחות היסוד של הטבע:
- אנרגיה קינטית - אנרגיה המצויה במערכת עקב תנועה של המערכת (פנימית או תנועת מעתק). את האנרגיה הקינטית (E_k) של מערכת בעלת מסה m הנעה במהירות v ניתן לתאר באמצעות הנוסחה E_k=\frac. כאשר אנרגיית התנועה משוייכת לתנועה אקראית פנימית של המערכת, היא מכונה לעתים "אנרגיית חום".
- אנרגיה פוטנציאלית - אנרגיה המשוייכת למערכת המצויה במצב שאינו יציב - במצב שבו סכום הכוחות הפועל עליה אינו אפס. עבור כוחות שונים, ניתן לייחס אנרגיות פוטנציאליות שונות כמו לדוגמה "אנרגיית גובה" עבור גוף במצב מעורער בשדה כבידה, "אנרגיה קפיצית" עבור קפיץ מתוח וכו'.
- אנרגיה תרמית - הינה למעשה האנרגיה הקינטית של המולקולות בחומר.
- אנרגיה כימית - בתהליך של שינוי הקשר הכימי בין האטומים והמולקולות משתחררת או נאגרת אנרגיה מהסביבה.
- אנרגיה חשמלית - נובעת מתנועת אלקטרונים בחומר.
- אנרגיה אלקטרומגנטית - אנרגיה האצורה בחלקיקים בעלי מטען חשמלי והגורמת למשיכתם או דחייתם.
- אנרגיה גרעינית - אנרגיה האצורה בגרעיני האטומים, על פי העיקרון של הכוח הגרעיני החזק, שגורם למרכיבי הגרעין להיות קשורים.
- מסה - על פי תורת היחסות, האנרגיה והמסה שקולים. מסתו של גוף תלויה באנרגיה שלו. שינויים באנרגיה הפנימית של חלקיק ייתבטאו כהפרש במסתו. תופעה זו משמעותית רק בתהליכים גרעיניים, בהם ניתן לחזות את האנרגיה שתשתחרר ע"י השוואת מאסות הגרעינים המשתתפים בתהליך, ולפי נוסחתו המפורסמת של איינשטיין, mc^2=E. באנרגיה שולטים חוקי התרמודינמיקה:
- החוק הראשון של התרמודינמיקה, הלא הוא עקרון שימור האנרגיה, קובע כי במערכת סגורה, רמת האנרגיה הכללית נשמרת.
- החוק השני של התרמודינמיקה טוען כי רמת האנטרופיה במערכת סגורה אינה יכולה לקטון. פרושו המעשי של החוק הוא שלא ניתן לנצל את כל האנרגיה הזמינה - לא ניתן לחמם עצם חם על חשבון החום האגור בעצמים קרים יותר, ללא השקעת אנרגיה. לחוקים אלו השלכות מרחיקות לכת בדבר זמינות האנרגיה לצרכים מעשיים, ובמהלך ההיסטוריה, אנשים שונים ניסו לבנות מכונות נצח - מכונות המפיקות אנרגיה רבה יותר מזו שהושקעה בהפעלתם. קיומן של מכונות אלו עומד בניגוד לעקרונות פיזיקליים בסיסיים, ולכן ניסיון זה מעולם לא צלח. במערכת היחידות SI, יחידת המידה של אנרגיה היא ג'אול (J), כאשר ג'אול אחד היא האנרגיה הקינטית של מערכת שמסתה קילוגרם אחד והיא נעה במהירות של מטר אחד בשניה. בנוסף, בתיאור תהליכים כימיים נהוג להשתמש ביחידות של אלקטרון וולט (eV). אלקטרון וולט היא האנרגיה הקינטית שמקבל אלקטרון כאשר הוא מואץ בהפרש מתחים של וולט אחד. 1eV \approx 1.6\times10^J. בתיאור תהליכים גרעיניים יחידה שימושית היא מגה אלקטרון וולט. MeV = 10^6eV יחידות מידה נוספות לאנרגיה הן: קלוריה וארג.

ראו גם


- אנרגיה חלופית
- אנרגיית הרוח
- אנרגיה סולארית
- אנרגיית הצ'י בתחומי הרפואה המשלימה.

קישורים חיצוניים


- רמי אריאלי, [http://stwww.weizmann.ac.il/energy/Default.htm אנרגיה בהיבט רב תחומי], אתר מכון וייצמן
- יורם אורעד, [http://www.amalnet.k12.il/meida/energy בעין האנרגיה]
- קטגוריה:פיזיקה ja:エネルギー ko:에너지 ms:Tenaga simple:Energy th:พลังงาน

חשמל

חשמל היא תכונה של תת־חלקיקים מסוימים, כמו אלקטרונים ופרוטונים, המאפשרת כוחות משיכה ודחיה בינהם. זהו אחד מארבע הכוחות הבסיסיים בטבע. חשמל נחשב לתכונה המשויכת לחומר ואותה ניתן לכמת (לקבוע את כמותו). במובן זה אמירה כמו "כמות החשמל" מקבילה ל"מטען חשמלי" או "כמות המטען". קיימים שני סוגים של מטען, המסומנים כחיובי (+) ושלילי (-). מנסיונות נמצא כי מטענים שווי־סימן דוחים זה את זה, ואילו מטענים שוני־סימן מושכים זה את זה. גודלם של כוחות המשיכה והדחיה ניתן לחישוב על ידי חוק קולון. מושגים רבים בעולם החשמל שאולים מעולם הנוזלים:
- שטף - ריכוז של קווי שדה (מגנטי/חשמלי)
- זרם - תנועת מטענים (בתוך מוליכים) מסודרת בכיוון אחד (מההדק החיובי להדק השלילי).
  - הערה: במציאות, מטענים כמו אלקטרונים נעים בכיוון ההפוך (מההדק השלילי להדק החיובי) מטבע היותם שליליים מבחינה חשמלית (כחלקיקים שליליים הם נדחים מהמינוס ונעים לפלוס). את הזרם ניתן לאפיין על ידי גודל שנקרא גודל עוצמת הזרם (I) והוא גדל כאשר נעים יותר מטענים בתמיסה אלקטרוליטית (יונים) או כאשר עוצמת האור בנורה גדלה כאשר הם מחוברים למעגל חשמלי. החשמל נחשב ל"תאום" של המגנטיות בגלל הקשר ההדוק ביניהם. לדוגמה: סביב תיל נושא זרם חשמלי מושרה שדה מגנטי, ובתיל הנמצא בשדה מגנטי מושרה זרם חשמלי.

מושגים מעולם החשמל


- מטען חשמלי: קולון "כמות החשמל" בחלקיק. לכל אלקטרון יש מטען של (19-)^10×1.6- קולון , ולכל פרוטון יש מטען של (19-)^10×1.6+ קולון. לשום חלקיק אחר בטבע (או שמיוצר במעבדה) אין מטען חשמלי. מסומל באות q ונמדד בשיטת SI ביחידות של קולון (C, Coulomb - על שם שארל-אוגוסטין דה קולון).
- חומר נייטרלי: חומר לא טעון מבחינה חשמלית, כלומר חומר בו כמות המטען החיובי שווה לכמות המטען השלילי השליליים.
- טעינה ע"י שפשוף: עקירת אלקטרונים מחומר נייטרלי או הוספתם אליו.
- מוליך: חומר בעל אלקטרוניים חופשיים, המסוגל לפיכך להעביר דרכו זרם.
- מבודד (דיאלקטרן): חומר שאיננו מוליך.
- מקור מתח (או: ספק מתח): מספק זרם החשמלי (אנרגיה חשמלית) כדי לשמור על מחת מסוים בין הדקיו. לדוגמה: סוללה, מצבר, שקע (אחד ממתקני החשמל של חברת החשמל).
- זרם: מיצג את כמות המטען החשמלי הזורם במוליך בזמן נתון. בדרך כלל הזרימה בזרם נעשית ע"י אלקטרונים, אך בחצאי מוליחים היא נעשת גם ע"י חורים (אלקטרונים שחסרים) אשר מעתיקים את מיקומם. מסומל באות I, ונמדד בשיטת SI ביחידות של אמפר (A, Ampere - על שם אנדרה מרי אמפר).
- מתח: הפרש פוטנציאלים. מיצג את האנרגיה שיש לחלקיקים עם מטענים (בדומה לאנרגיה פוטנציאלית במכניקה). מסומל באות V ונמדד בשיטת SI ביחידות של וולט (V, Volt - על שם אלסנדרו וולטה).
- התנגדות: מידת "אי־המוליכות" של החומר. מסומל באות R ונמדד בשיטת SI ביחידות של אוהם (Ω, Ohm - על שם ג'ורג' סימון אוהם).
- חוק אוהם: V = IR \, (המתח שווה למכפלת הזרם בהתנגדות). נוסחה חשובה בתורת החשמל המייצגת את הקשר בין מתח, זרם והתנגדות.
- קיטוב: התרכזות המטענים החיוביים בצד אחד של מוליך, והשליליים - בצד השני.
- אנרגיה חשמלית: העבודה שיש להשקיע על מטען כדי להביא אותו מאין-סוף למרחק r ממטען. מסומלת באות E ונמדדת בשיטת SI ביחידות של של ג'אול (J, Joule - על שם ג'יימס פרסקוט ג'אול). במעגל חשמלי, גודלה נתון במכפלת המתח בזרם ובזמן.
- קבל: רכיב הבנוי משני מוליכים וחומר מבודד (דיאלקטרי) ביניהם, והוא אוגר מטענים חשמליים על פני המוליכים שלו.
- קיבול: היחס בין המטען על קבל למתח אליו הקבל מחובר. מסומל באות C ונמדד בשיטת SI ביחידות של פאראד (F, Farad - על שם מייקל פאראדיי)
- חוזק דיאלקטרי: גודל השדה המקסימלי אשר ניתן ליצור בקבל. שדה הגדול ממנו יגרום לפריצת ניצוץ חשמלי, כי המבודד נהפך רגעית למוליך.
- דיודה: רכיב המאפשר לאלקטרונים לנוע רק בכיוון אחד. הדיודה היוותה רכיב מפתח בהמצאות שונות הקשורות לחשמל ולאלקטרוניקה.
- הארקה: חיבור מוליך לאדמה. משמשת להשוואת פוטנציאלים וכאמצעי להגנה נגד התחשמלות.
- ממסר פחת: מכשיר חשמלי שתפקידו לנתק את הזרם במקרה של התחשמלות. בבתים נהוג להשתמש בממסר פחת שרגישותו היא 30 מיליאמפר (זרם מעל 50 מיליאמפר במתח של 220V מתחיל להיות מסוכן לאדם).
- קצר חשמלי: העברת חשמל במעגל חשמלי שהתנגדות שלו היא אפסית (כלומר: נדרש זרם אינסופי). ריתוך הוא בעצם סוג של קצר מבוקר.
- נתיך (פיוז): רכיב שתפקידו להפסיק את הזרם במידה ויש צריכת זרם מעל ערך רצוי, זאת בכדי למנוע השרפות של חוטי החשמל בקירות ובכדי למנוע שריפה. לדוגמא בבתים מקובל נתיך של 10A לקווי מאור, ושל 20A לקווי הספק.
- הספק חשמלי: כמות האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית הנעשית במשך זמן. מסומל באות P ונמדד בשיטת SI ביחידות של ואט (W, Watt - על שם ג'יימס ואט, ממציא מכונת הקיטור). לחלופין ניתן למדוד אותו ביחידות של כוח סוס, השווה ל־736 ואט). גודלו של ההספק החשמלי נתון בנוסחה: P = IV \, (ההספק שווה למכפלת הזרם במתח).
- מגנטיות: תופעת מפתח בייצור חשמל שעליה מתבססים מחוללים ומנועים. :מגנט: עצם היוצר שדה מגנטי מסביבו. :עוד בעניין: אלקטרומגנטיות.
- השראה: היחס בין הזרם שמשרה סליל לשטף המגנטי שעובר בו. מסומלת באות L נמדדת בשיטת SI ביחידות של הנרי (H, Henry - על שם ג'וזף הנרי).
- חוק לנץ: הזרם מעכב את סיבת היווצרותו. לדוגמא: אם ניצור חשמל בעזרת כוח היוצר תנועה, יצירת החשמל תיצור כוח שיתנגד לנו.

מעגלים חשמליים

המעגל החשמלי יכול להיות מאחד משלושה סוגים:
- מעגל מקבילי - הוא מעגל שבו כל המכשירים (או הרכיבים) מחוברים ישירות למקור המתח, כך שהמתח שנופל על כל מכשיר (רכיב) שווה, אך הזרם שעובר בכל מכשיר (רכיב) בדרך כלל לא שווה.
- מעגל טורי - הוא מעגל חשמלי שבו המכשירים (או הרכיבים) מחוברים אחד אחר השני (כמו טור), כך שהזרם שעובר בכל המכשירים (רכיבים) שווה, אך המתח שנופל על כל מכשיר (רכיב) בדרך כלל לא שווה.
- מעגל שאינו טורי ואינו מקבילי (מורכב). ההבדל המרכזי בין שני הסוגים הראשונים הוא שבמעגל מקבילי, כל מכשיר כאילו מחובר לחוד, וניתוק של מכשיר אחד או חיבורו, אינו משמפיע על צריכתם של המכשירים האחרים. כמו כן, ישנם שני סוגים של זרם במעגל:
זרם ישר (DC) הוא זרם קבוע בכיוונו האלקטרונים נעים מאטום לאטום בכיוון אחד במעגל החשמלי.
זרם חילופין (AC) הוא זרם שכיוונו משתנה כל הזמן. האלקטרונים נעים קדימה ואחורה במעגל החשמלי במחזוריות קבועה [קוטביות וסימן (מינוס או פלוס) מתאימים להגדרה "משנה את כיוונו" בהקשר זה]. ערכו הממוצע של הזרם החילופי לאורך זמן הוא אפס, אך ערכו אינו אפס כל הזמן.

ייצור חשמל

קיימות מספר דרכים ליצר חשמל:
- גנרטור, מחולל: מתקן חשמלי המשמש ליצור חשמל מאנרגיה מכנית. גנרטור מורכב מציר, שעליו סליל מוליך, הנע בשדה מגנטי ומייצר זרם חשמלי (זרם חילופין).
  - אנרגיה אטומית: על־ידי שימוש באנרגית החום הנפלטת מביקוע גרעיני מייצרים קיטור המניע טורבינות שבתורן מניעות גנרטור.
  - אנרגית רוח: ניתן לרתום את הרוח לסובב גנרטורים.
  - אנרגית מים: בארצות שבהן יש נהרות גדולים, בונים סכרים ורותמים את האנרגיה של נפילת המים לייצור חשמל.
  - אנרגיה שאובה: שימוש בחשמל, בשעות שפל התצרוכת, לשם שאיבת מים, והפלת המים, לשם ייצור חשמל, בשעות שיא התצרוכת.
- אנרגיה סולארית: במקומות בהן קיים קושי לסלול תשתית חשמל או במקומות בהן הדבר בלתי אפשרי (כמו בתחנות חלל ולוינים) ניתן להשתמש בתאים סולריים (פוטו-וולטאים). תאים אלו ממירים אור לאנרגיה חשמלית.
- אנרגיה כימית: תא חשמלי הוא מיכל המכיל בתוכו שתי תרכובות כימיות ומוליכים אל מחוץ לתא. כאשר מחוברת התנגדות למוליכים, זורם מטען חשמלי ביניהם. ניתן לחבר מספר תאים בטור ולקבל מתח גבוה יותר או מספר תאים במקביל ולקבל הספק לפרק זמן ארוך יותר. כיום קיימות מספר טכנולוגיות ליצור תאים לשימוש רב פעמי (סוללות נטענות) או לשימוש חד פעמי. בישראל ניתן למצא דוגמאות לרוב אמצעי יצור אלו. ברמת הגולן קיים שדה של תחנות רוח. במספר רב של מקומות ניתן לשים לב לשימוש בתאים סולריים ליצור חשמל בכמויות קטנות כמו עמודי תאורה או מחשבי השקיה במקומות נידחים. בכורי מחקר גרעיני מיוצר חשמל. וכמובן שעיקר יצור החשמל עדיין מגיע מתחנות כוח המשתמשות בדלק קונבנציונלי להנעתן.

תופעות של חשמל בטבע


- ברקים: הברק הינו תופעה חשמלית רבת עוצמה. בנג'מין פרנקלין הוכיח זאת באמצעות ניסוי העפיפון המפורסם שלו.
- ביוחשמל: בעלי חיים רבים רגישים לשדות חשמליים, חלקם (לדוגמא, כרישים) יותר מאחרים (לדוגמא, בני אדם). מקצתם אף מיצרים בעצמם שדות חשמליים רבי עוצמה המשמשים לניווט, ציד או הגנה עצמית. לדוגמא דג הטורפדו, ממשפחת הכרישים, מייצר זרם חשמלי במתח של 50 וולט, או הצלופח הדרום אמריקני בנהר האמזונס, שמייצר זרם חשמלי במתח של 660 וולט, שמסוכן אף לאדם.
- גירוי חשמלי: ניורונים במערכת העצבים מעבירים מידע באמצעות דפקים חשמליים
- חומר: אטומים ומולקולות נמשכים זה לזה על ידי כוחות חשמליים.
- שדה מגנטי של כדור הארץ: הנוצר על־ידי תנועה סיבובית של יונים בליבת הארץ.
- חשמל סטטי: תופעה של חשמל שנוצר כתוצאה מחיכוך של עצמים אחד בשני.

מקור המילה חשמל

המילה חשמל מופיעה שלוש פעמים בתנ"ך, וכולן בספר יחזקאל בהקשר לגילויו של האלוהים, ביחד עם מראה של אש ואור.
- "וָאֵרֶא, וְהִנֵּה רוּחַ סְעָרָה בָּאָה מִן הַצָּפוֹן, עָנָן גָּדוֹל וְאֵשׁ מִתְלַקַּחַת וְנֹגַהּ לוֹ סָבִיב, וּמִתּוֹכָהּ כְּעֵין הַחַשְׁמַל מִתּוֹךְ הָאֵשׁ". (יחזקאל פרק א', פסוק ד')
- "וָאֵרֶא כְּעֵין חַשְׁמַל כְּמַרְאֵה־אֵשׁ בֵּית־לָהּ סָבִיב, מִמַּרְאֵה מָתְנָיו וּלְמָעְלָה, וּמִמַּרְאֵה מָתְנָיו וּלְמַטָּה, רָאִיתִי כְּמַרְאֵה־אֵשׁ וְנֹגַהּ לוֹ סָבִיב". (שם א', כ"ז)
- "וָאֶרְאֶה וְהִנֵּה דְמוּת כְּמַרְאֵה אֵשׁ מִמַּרְאֵה מָתְנָיו וּלְמַטָּה אֵשׁ, וּמִמָּתְנָיו וּלְמַעְלָה כְּמַרְאֵה זֹהַר כְּעֵין הַחַשְׁמַלָה". (שם ח', ב') בלעז נקרא החשמל "אלקטריות" (electricity), מהמלה היוונית "אלקטרון" - ענבר. מקור הקשר הוא בתופעת טעינתו של ענבר במטען חשמלי (סטטי) בעת שפשופו. בתרגום השבעים תורגמה המלה "חשמל" למלה היוונית "אלקטרון". למחדשי השפה העברית לא נותר אלא לעברת חזרה electricity ל"חשמל".
- ja:電気 ko:전기 simple:Electricity

האפקט הפוטואלקטרי

האפקט הפוטואלקטרי – אפקט פיזיקלי בו נפלטים אלקטרונים מפני מתכת כאשר פוגעת בה קרינה אלקטרומגנטית. לאפקט הייתה חשיבות גדולה בהתפתחות הפיזיקה המודרנית וגיבוש תורת הקוונטים, בהבנת האופי החלקיקי של האור, ובגיבוש מושג הפוטון. ההסבר שנתן לו אלברט איינשטיין בשנת 1905 זיכה אותו בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1921.

גילוי האפקט

ב1887 גילה היינריך הרץ כי כאשר מקרינים מתכת באור אולטרא-סגול האוויר שמסביבה נטען במטען שלילי. תגלית זו קרתה במסגרת מחקר על התפרקות חשמלית בין לוחות מוליכים, במסגרתו הוא שם לב כי הקרנת המתכת באור אולטרא-סגול גורמת להגדלת ההתפרקות החשמלית . בהמשך השתמשו חוקרים ובראשם פיליפ לנארד וג'וזף ג'ון תומסון בשפופרת הקתודית על מנת לחקור את האפקט הפוטואלקטרי. הם גילו כי:
- מהירות האלקטרונים הנפלטים אינה תלויה בעוצמת האור, אלא רק מספרם.
- מהירות האלקטרונים הנפלטים גדלה עם תדירות האור הפוגע.
- עבור כל מתכת קיימת תדירות סף. אור בעל תדירות קטנה ממנה לא יכול להוציא אלקטרונים מהמתכת. גילויים אלה לא היה ניתן להסביר באמצעות התאוריה הגלית של האור, הנובעת ממשוואות מקסוול. בנוסף, העובדה כי הפליטה ארעה באופן מיידי לא התיישבה עם החשבונות התיאורטיים שהראו שבקצב העברת האנרגיה על ידי הגל האלקטרומגנטי ייקח זמן רב עד שהאלקטרונים יירכשו את האנרגיה הדרושה להם על מנת להיפלט מהמתכת.

ההסבר של איינשטיין

את ההסבר לתופעות אלה נתן בשנת 1905 אלברט איינשטיין. הוא השתמש בהנחה אותה הציע מקס פלאנק בשנת 1900 על מנת להסביר את אופי הקרינה של גוף שחור, ועל פיה האור מגיע במנות מסוימות של אנרגיה, כאשר האנרגיה של כל מנה כזו (קוואנט) פרופורציונאלית לתדירות f של האור: E_=h f איינשטיין לקח צעד אחד קדימה, והציע שמדובר על יותר מאשר כמויות אנרגיה, ושבכל הנוגע לאפקט הפוטואלקטרי יש להסתכל על האור כעל אוסף חלקיקים (פוטונים), אשר לכל אחד מהם אנרגיה כאמור בהנחה של פלאנק. כאשר פוטון פוגע במתכת הוא מעביר את כל האנרגיה שלו לאחד האלקטרונים, ובכך נעלם. האנרגיה הדרושה עבור האלקטרון על מנת להיפלט מהמתכת משתנה מאלקטרון אחד לשני, אולם עבור כל מתכת יש לה ערך מינימאלי הקרוי "פונקצית העבודה" (W). לכן אלקטרונים יכולים להיפלט מהמתכת רק כאשר האנרגיה של כל פוטון גדולה מפונקצית העבודה. במקרה כזה שארית האנרגיה הופכת לאנרגיה הקינטית של האלקטרון: E_\leq h f - W בעזרת התאוריה הזו הוסברו כל הקשיים שלא היו ניתנים להסבר על ידי הסתכלות על האור כעל גל בלבד:
- הגדלת עוצמת האור רק משנה את מספר הפוטונים, אך לא את האנרגיה של כל אחד מהם. לכן היא מגדילה את מספר האלקטרונים הנפלטים, אבל לא יכולה לשנות את האנרגיה של כל אחד מהם.
- כאשר התדירות של האור גדלה, האנרגיה של כל אחד מהם גדלה גם היא, וכך גם גדלה האנרגיה הקינטית של האלקטרון הנפלט
- כאשר h f < W אין לפוטון מספיק אנרגיה להוציא שום אלקטרון מהמתכת. זה מה שקובע את תדירות הסף עבור המתכת.
- קצב הפליטה נקבע על ידי האינטראקציה של הפוטון עם האלקטרון. למרות שהקצב הממוצע של מעבר האנרגיה למתכת מאוד נמוך, האנרגיה אינה מתחלקת בין כל האלקטרונים, אלא מוענקת רק לחלק קטן מהם, בהם פוגעים הפוטונים. רוברט מיליקן מדד בשנת 1914 את ערכו של קבוע פלנק בעזרת האפקט הפוטואלקטרי, ובכך הראה את נכונות התאוריה של איינשטיין.

שימושים בחיי היום-יום

האפקט הפוטואלקטרי נמצא בשימוש נרחב. היישום העיקרי שלו הוא בתאים פוטואלקטריים המשמשים במגוון רחב של מערכות פיקוד ובקרה, מערכות אלקטרוניות, לייזרים ועוד. כך נמצא האפקט הפוטואלקטרי בשימוש ברוב המעליות, שם קרן אור משוגרת לאורך הכניסה למעלית אל תא פוטואלקטרי. כאשר גוף חוסם את מעבר קרן האור, הזרם שיוצר התא הפוטואלקטרי נפסק, והמערכת הקשורה אליו מונעת מהדלת להיסגר. קטגוריה:אלברט איינשטיין קטגוריה:פיזיקה ja:光電効果 ko:광전 효과

אלקטרון

האלקטרון (סימונו המדעי -e) הוא חלקיק תת-אטומי. באטום, האלקטרונים מקיפים את גרעין הפרוטונים והנייטרונים. בעל מטען חשמלי שלילי. האלקטרון הוא הנושא את המטען החשמלי בזרם חשמלי במוליך. מסתו זניחה ביחס למסת הפרוטון והנייטרון. האלקטרון שייך לקבוצה של חלקיקים תת-אטומיים בשם לפטונים, שהם ככל הנראה חלקיקים אלמנטריים (כלומר, לא ניתן לחלק אותם לחלקיקים קטנים יותר). לאלקטרון יש ספין שערכו 1/2, מה שאומר שהוא פרמיון, כלומר - מציית לעקרון האיסור של פאולי. במכניקת הקוונטים, האלקטרון מתואר ע"י משוואת דיראק. במודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים, הוא יוצר זוג יחד עם נייטרינו אלקטרוני, תוך שהם מגיבים דרך הכוח הגרעיני החלש. לאלקטרון יש שני שותפים נוספים, עם אותו מטען אך מסה גבוהה בהרבה: המואון והטאו. האנטי-חלקיק של האלקטרון הוא הפוזיטרון. לפוזיטרון יש את עוצמת מטען חשמלי הזהה לזו של האלקטרון, רק שהוא חיובי ולא שלילי. יש לו גם מסה וספין הזהים לאלה של האלקטרון. כשאלקטרון ופוזיטרון נפגשים, הם עשויים לאיין זה את זה, ולשחרר שתי קרני גמא של פוטונים, כשלכל אחת אנרגיה של 0.511 MeV. ישנם תיאורטיקנים המאמינים שהאלקטרון עשוי להיות חור שחור קטן מאוד.

תכונות

דואליות

אלקטרונים יכולים להציג תכונות של חלקיקים וגם של גלים. אלקטרון שקשור לגרעין מתנהג כגל עומד.

חשמל

לאלקטרון יש מטען חשמלי שלילי של -1.6 × 10-19  קולון, ומסה של בערך 1 E-31 kg 9.10 × 10-31  קילוגרם. (0.51 MeV/c2), שזה 1/800 ממסת הפרוטון. ההערכה היא שמספר האלקטרונים שיכולים להכנס ביקום המוכר לנו הוא 130 10. כשאלקטרונים נעים, חופשיים מגרעיני אטומים, וישנה זרימה, הזרימה נקראת חשמל או זרם חשמלי. ניתן להשוות זאת לקבוצת כבשים הנעה יחד צפונה, בעוד שהרועים נשארים מאחור. ניתן למדוד מטען חשמלי בעזרת אלקטרומטר. זרם חשמלי ניתן למדוד בעזרת גלבנומטר. מה שנקרא "חשמל סטטי" אינו זרימת האלקטרונים כלל וכלל. בשמו המדויק יותר, "מטען סטטי", הוא מתייחס לגוף שיש בו יותר או פחות אלקטרונים ממה שדרוש בכדי לאזן את המטען החיובי של הגרעין. כשיש עודף אלקטרונים, נאמר על הגוף שהוא "טעון שלילית". כאשר יש פחות אלקטרונים מאשר פרוטונים, נאמר על הגוף שהוא "טעון חיובית". כאשר מספר האלקטרונים ומספר הפרוטונים שווה, נאמר על הגוף שהוא "נייטרלי".

גילוי האלקטרון

הפיזיקאי ג' ג' תומסון הושפע מעבודותיהם של ג'ימס מקסוול ווילהלם רנטגן בנושא קרני רנטגן. הוא הסיק שהקרינה הנפלטת מקתודה מורכבת מחלקיקים טעונים מטען שלילי, שלהם הוא קרא "גופיפים" (corpuscles), ושהיום ידועים כאלקטרונים. קדם לו ג' ג'ונסון סטוני, שהעלה השערה בדבר קיומו של האלקטרון כיחידת מידה באלקטרוכימיה, אבל תומסון הבין שהאלקטרון הוא חלקיק תת אטומי, הראשון שנתגלה. תגליתו התפרסמה ב1897 ועוררה התרגשות בקהיליה המדעית, והובילה בסופו של דבר לזכייתו בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1906.

כימיה

האלקטרונים משמשים ליצירת קשר קוולנטי, שהוא סוג של קשר כימי בין אטומים. הבסיס ליצירת קשר קוולנטי הוא הנטייה של אטומים מסויימים להגיע למצב נייטרלי של אטום גז אציל באמצעות הוספת אלקטרונים. נטייה זו מתאפיינת בתכונתם של האלקטרונים סביב האטום להתפרס באורביטלים (מסלולים), בהם עשויים להיות עד שני אלקטרונים. ברמת האנרגיה הגבוהה ביותר בכל אטום (מלבד מימן והליום) נמצאים ארבעה אורביטלים, מתוכם עשויים להתקיים אורביטלים בהם זוגות של אלקטרונים, ואורביטלים בהם אלקטרונים חופשיים. (ראו הרחבה בערך קשר קוולנטי).

ראו גם


- חלקיק תת-אטומי
- פרוטון
- נייטרון
- האפקט הפוטואלקטרי
- מונחים במבנה האטום
- מיון החלקיקים
- המודל הסטנדרטי category:כימיה קטגוריה:לפטונים קטגוריה:תגליות ja:電子 ko:전자 simple:Electron th:อิเล็กตรอน

גרעין האטום

גרעין האטום מכיל את הפרוטונים והנייטרונים של האטום, כאשר הם צמודים זה לזה. למרות שגרעין האטום מכיל את הרוב המכריע של מסת האטום, נפחו של גרעין האטום הוא זעיר ביחס לנפחו המלא של האטום. רדיוס הגרעין הוא בסדר גודל של 10^ מטר לעומת רדיוס האטום שנמדד בסדרי גודל של 10^ מטר. בין הפרוטונים בגרעין יש דחיה חשמלית השואפת לפרק את הגרעין. אולם הכוח הגרעיני החזק מושך את הנוקלאונים זה לזה, ומונע את התפרקות הגרעין. משום שעוצמת הכוח הגרעיני החזק בין שני גופים דועכת עם המרחק בחוזק גדול בהרבה מהדעיכה של הכוח החשמלי, הכוח החזק אינו מצליח להתגבר על הדחיה החשמלית בין הפרוטונים בגרעינים גדולים. דבר זה גורם לכך שאין גרעינים יציבים שמסתם גדולה ממסת גרעין אורניום. כמות הפרוטונים בגרעין האטום היא הקובעת איזה יסוד כימי יהיה האטום. לכמות נייטרונים אין השפעה על סוג היסוד הכימי, אבל כמות שונה של נייטרונים יוצרת איזוטופים שונים לאותו יסוד. מכיוון שמטענם החשמלי של הפרוטונים הוא חיובי, ולנייטרונים אין מטען חשמלי, המטען החשמלי של גרעין האטום הוא תמיד חיובי, ושווה למספר הפרוטונים כפול המטען החשמלי של הפרוטון (1.6 \cdot 10^ קולון).

ראו גם

מונחים במבנה האטום קטגוריה:פיזיקת חלקיקים ja:原子核 ko:원자핵

תדירות

בפיזיקה, תדירות (מסומנת ב-f) היא מספר המחזורים (או הסיבובים) ליחידת זמן, שמבצע גוף בתנועתו (נמדדת בהרץ במערכת SI).
לתדירות ערך הופכי לזה של זמן המחזור (T), הזמן שלוקח לגוף להשלים מחזור (או סיבוב), ולכן ההגדרה הפורמאלית לתדר היא: f= \frac = \frac = \frac = \frac = \frac
כש-\omega (אומגה) היא מהירותו הזויתית (נמדדת ברדיאנים ב-SI). אומגה נקראת גם תדירות זוויתית, והיא מאוד שימושית בחישובים פיזיקליים, אפילו יותר מהגודל f. התדר תפס מקום מכובד מאוד באלקטרוניקה ותקשורת, וזאת מכיון שניתן לתאר כל מערכת בשני מישורים: #מישור הזמן - חקירת התנהגות המערכת כתלות בזמן. מישור הזמן הוא טבעי לנו מכיוון שאנו חיים בו. #מישור התדר - ניתן להגדיר התנהגות של כל מערכת (סיבתית בלתי-תלויה בזמן), כתגובה שלה לכניסות שיש להם תדרים שונים. במישור התדר ניתן לתאר כל מערכת כסכום התנהגויות התדר שלה, בעוד שבמישור הזמן נדרשים לבצע פעולה מתמטית מסובכת (קונבולוציה). מסיבה זו, קל לתאר מערכות במישור התדר, ולכן עובדים בד"כ במישור זה. המעבר ממישור הזמן למישור התדר מתבצע על ידי פעולה מתמטית שנקראת התמרת פורייה. אף כי המילים "תדר" ו"תדירות" שקולות במשמעותן, בתחומים מדעיים שונים נהוג להשתמש במילים שונות. בתחומי אלקטרוניקה והתקשורת נהוג להשתמש במונח תדר, אך בפיזיקה נהוג להשתמש במונח תדירות. לתדירות יש גם חשיבות פיזיקלית:
- תהודה - תופעה בה מערכת רוטטת מגיבה רק לתדירויות מסוימות.
- אנרגיה - הפיזיקאי אלברט איינשטיין גילה שגל אור הוא בעצם אוסף של פוטונים, כאשר כל פוטון נושא מנת אנרגיה המתכונתית לתדירותו: \ E = \hbar \omega. כמו כן, התדירות עוברת טרנספורמציית לורנץ בדיוק כמו האנרגיה. קטגוריה:פיזיקה קטגוריה:גלים ja:周波数 ko:진동수 th:ความถี่

אלברט איינשטיין

אלברט איינשטיין (14 במרץ, 1879 -18 באפריל 1955), פיזיקאי יהודי יליד גרמניה, מגדולי המוחות המדעיים בכל הזמנים. איינשטיין נחשב לגדול התיאורטיקנים לצד אייזיק ניוטון, אבי המכניקה הקלאסית. שמו הפך למילה נרדפת לגאונות. איינשטיין זכה לפרסום ברבע הראשון של המאה ה-20 בזכות מאמריו בתורת היחסות, ששינתה את כל אשר היה ידוע עד אז על טיבם של הזמן, המרחב, המסה, התנועה וכוח המשיכה, יסודות מכניקת הקוונטים, מכניקה סטטיסטית ובהסברת האפקט הפוטואלקטרי (עליו קיבל פרס נובל ב 1921) ועוד. מלבד השפעתו העצומה והמהפכנית בתחומי המדע, הייתה לאיינשטיין גם תרומה מכריעה לשימוש שנעשה בנשק גרעיני, בזכות תמיכתו ביוזמה שקידמה את פיתוחו בארצות הברית.

ראשית הדרך

ארצות הברית איינשטיין נולד בעיר אולם שבבאדן-וירטמברג, גרמניה ב-14 במרץ 1879. אביו, הרמן, היה בעל מפעל אלקטרוכימי קטן שכשל בעסקיו. בילדותו למד לדבר בגיל מאוחר והוריו חששו כי בנם לקוי דיבור. כבר בגיל רך נתגלה בו רגש דתי עמוק. הוא היה מחבר מנגינות לכבוד האלוהים ושר אותן בסתר כדי שבני משפחתו לא יגחכו כלפי אמונתו העזה. בהשפעת אמו (פאולינה, ששם משפחתה לפני הינשואים היה קוך) החל גם ללמוד נגינה בכינור. בגיל חמש חלה וכדי לשמח את לבו, התקין עבורו אביו מצפן פשוט. כבר אז, כך סיפר כעבור שנים, החל לחקור את צפונות חוקי הטבע. בשנת 1889 עברה משפחתו להתגורר במינכן אשר בבוואריה בשל עסקיו של האב. בגימנסיה לא התעלה בלימודיו משום שכפו עליו לדקדק במקצועות בשיטות שלא היו לרוחו. מורהו ללטינית התנבא ש"צמח זה לעולם לא יעשה קמח". לימים יספר איינשטיין, שהיה זה נס של ממש שמשטר החינוך הקפדני לא הצליח לעקור את סקרנותו. אולם, אין נכונה המעשייה בדבר היותו תלמיד בינוני ומפר משמעת. בשנת 1894 עקרה המשפחה למילאנו. לאחר שהות קצרה באיטליה, עבר לשוויץ כדי ללמוד שם בבית הספר הקאנטונאלי שבאראו. סיים את לימודיו במכון הטכנולוגי של ציריך (1896 - 1900). למחייתו התפרנס ממתן שיעורים במתמטיקה ובפיזיקה. לאחר קבלת אזרחות שוויצרית, עבד איינשטיין במשרד הפטנטים הממשלתי בברן משנת 1901 ועד 1908.

פעילותו המדעית

בשנת 1905 (שנת הפלאות - Annus Mirabilis) פרסם ארבעה מאמרים ב"שנתון הפיזיקה והכימיה" (Annalen der Physik und Chemie), שהיה כתב העת המדעי החשוב של אותה תקופה, ואלה הסמיכוהו לתואר דוקטור מטעם הסנאט של אוניברסיטת ציריך:
- "על התנועה הנדרשת מהתורה הקינטית המולקולארית של החום ושל חלקיקים קטנים השוהים על פניו של נוזל במנוחה" - המאמר עסק בתנועה הבראונית בהסבירו את הדינמיקה של גזים ושל חלקיקי אבק הצפים בתוך נוזל באמצעות תחום חדש שפיתח ונקרא "מכניקה סטטיסטית". בכך חיזק את ממשות קיומם של האטומים.
- "על נקודת מבט היוריסטית בייצור והעברה של אור" - במאמר זה הראה איינשטיין על סמך שיקולים תרמודינמיים כי האור (כלומר: קרינה אלקטרומגנטית) מורכב מחלקיקים שהם "קוונטות" של אנרגיה (בניגוד לתאוריה הגלית ששלטה באותם ימים). כתוצאה מכך הסיק איינשטיין הסבר ותיאור כמותי לאפקט הפוטואלקטרי. על כך זכה איינשטיין בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1921. ההסבר שנתן היה היישום הראשון של מושג הקוונטים.
- "על האלקטרודינמיקה של גופים נעים" - במאמר זה הציג איינשטיין את תורת היחסות הפרטית. עד אז הייתה מקובלת בפיזיקה התיאורטית רק תורת המכניקה של ניוטון, על פיה הזמן זורם באופן שווה בכל מקום ומקום ביקום. ברם, ניסויים שנערכו במאה ה-19 גילו כי התנהגות האור שונה מן התחזיות המקובלות, והתאוריה השלטת בפיזיקה החלה מתערערת. איינשטיין התמודד עם סוגיה זו באמצעות ניתוח מחדש של מושגי החלל והזמן, ויצר פריצת דרך מחשבתית בבטלו את הנחת היסוד לפיה המרחב והזמן הם מושגים מוחלטים. לפי איינשטיין, מסה גדלה ככל שהיא נעה מהר יותר, מוט העשוי מחומר מסוים יכול להיות בעל אורך שונה, בכל פעם שימדד על ידי אנשים שונים הנעים במהירות שונה זה ביחס לזה. וכמו כן, אסטרונאוטים הנעים במהירויות שונות, ימדדו בשעוניהם משכי זמן שונים של אותם אירועים, וזאת בניגוד לכל היגיון אנושי (פרדוקס התאומים). לפיכך, מושגי מרחב והזמן של איינשטיין הם יחסיים, בעוד שמהירות האור היא מוחלטת וקבועה עבור כל היצורים ביקום.
- "האם האינרציה של גוף תלויה בתכולת האנרגיה שלו?" - במאמר זה פרסם את הנוסחה המפורסמת שלו \!\, E = mc^2 (אנרגיה שווה למכפלת המאסה במהירות האור בריבוע). בהביעו את הרעיון שחומר מסוגל להפוך לאנרגיה, היה איינשטיין לראשון שהפנה תשומת לבו של העולם המדעי לאנרגיה האטומית. הוא קבע למעשה שחוק שימור המסה וחוק שימור האנרגיה הם שתי פנים של אותו מטבע. בשנת 1909 נתמנה לפרופסור חבר לפיזיקה עיונית באוניברסיטה של ציריך ולא היו לו אלא שני תלמידים קבועים. בשנת 1911 נתמנה לפרופסור גם באוניברסיטה הגרמנית של פראג. בשנת 1912 שב לבית הספר הפוליטכני הגבוה של ציריך, הפעם כפרופסור מן המניין. בשנת 1914 מונה למנהל המכון לפיזיקה על שם הקיסר וילהלם בברלין. אז גם נבחר לחבר באקדמיה הפרוסית הממלכתית למדעים וניתנה לו קצבה מספקת לפרנסתו, כדי שיוכל להקדיש את כל זמנו ומרצו למחקר, מבלי שתוטל עליו חובת ההוראה. בשנת 1915 פרסם את תורת היחסות הכללית וכלל לא ניסה להוכיחה בטענה כי "היא כה יפה עד שחייבת להיות גם נכונה". כעבור ארבע שנים ניסתה משלחת של החברה המלכותית של לונדון לאמת את ניבויו של איינשטיין בתורת היחסות הכללית, כי קרן אור החולפת ליד מאסה, תתעקם ותהא מוטה לעברו. המשלחת שהתה באי פרינסיפה שבמפרץ גיניאה מול חופי אפריקה וצילמה ליקוי חמה שהתרחש ב-29 במאי 1919. מתוצאות הצילומים נבע כי צדק איינשטיין בניבויו ותורת היחסות הכללית אוששה. בנוסף, תרם איינשטיין רבות לפיתוח מכניקת הקוונטים תוך שהוא ייעץ ועודד פיזיקאים כגון דה-ברולי, ארווין שרדינגר ובוזה לפרסם את מחקריהם בנושא. איינשטיין הציע את קוונטוט האור ואטום המימן עוד לפני בוהר וניהל עם נילס בוהר ויכוח פילוסופי פורה על המשמעות והפירוש של מכניקת הקוונטים. בנוסף, איינשטיין פיתח את העקרונות התיאורטיים של הלייזר.

פעילותו הפוליטית

בשנת 1932 יצא לארצות הברית ובעת עלייתו של היטלר לשלטון בשנת 1933, היה איינשטיין במסע הרצאות באנגליה. שנה אחרי כן שדדו הנאצים את רכושו, נטלו ממנו את משרתו ושללו גם את נתינותו. מדינות רבות הציעו לו מקלט, ואליהן הצטרף גם היישוב היהודי בארץ ישראל. איינשטיין החליט להגר לארצות הברית והצטרף לסגל המכון למחקר מתקדם בפרינסטון, ניו ג'רזי, שם עסק במחקריו עד ימיו האחרונים. הוא לעולם לא שב עוד לגרמניה. בשנת 1940 אף זכה לקבל אזרחות אמריקנית. בשנת 1939 שוכנע על ידי עמיתיו לכתוב איגרת לנשיא רוזוולט בדבר אפשרויות המחקר האטומי ופיתוח הנשק הגרעיני, וזאת למרות היותו פציפיסט מובהק ומתנגד לשימוש בפצצה אטומית. איינשטיין חשש כי חוקרים אחרים שהיו איתו בברלין ונהפכו לנאצים, יתקדמו בחקר האנרגיה האטומית ובניסיון לבקע את האטום ולכן הזהיר את הנשיא על כך. הנשיא רוזוולט השתכנע ממכתב זה והחליט להחיש את ייצורה של פצצת האטום, ופרויקט מנהטן קודם ותפס תאוצה עד אשר נסתיימה המלאכה בהפצצת הירושימה ונגאסקי. לאחר החרבת הערים היה איינשטיין מן הדוברים הראשיים שקראו להחרמת הנשק הגרעיני. בעת שנשאל באיזה כלי נשק ישתמשו לדעתו במלחמת העולם השלישית, השיב: "זאת אינני יודע, אולם ברור לי כי במלחמת העולם הרביעית ישוב האדם להילחם בכלי נשק העשויים מאבנים ועצמות". איינשטיין היה ציוני נלהב. כל ימיו היה ער לבעיות העם היהודי ותמך בשאיפתו לחדש את חייו הלאומיים בארצו. הוא גם שימש יושב ראש כבוד של חבר הנאמנים באוניברסיטה העברית. בשנת 1923 ביקר בארץ ישראל והרצה על תורתו. כדמות בולטת בעם היהודי זכה איינשטיין בשנת 1952 להצעה מדוד בן גוריון לכהן כנשיאה השני של מדינת ישראל, אך הוא ביקש לדחותה משום רצונו להקדיש את כל כוחותיו למדע. איינשטיין הוקיר את מורשת אבותיו והסתייג לחלוטין ממולדתו שדחתה אותו. לקראת יום העצמאות השביעי של מדינת ישראל, התכונן איינשטיין לשאת נאום בזכות הצורך שיש לעולם כולו בקיומה של ישראל, אך הוא חלה ומת ימים אחדים טרם החג.

אחרית דבר

מדינת ישראל, כרך 154 גיליון 27. המגזין TIME בחר באיינשטיין כאיש המאה.]] אלברט איינשטיין נפטר בפרינסטון ב-18 באפריל 1955, ואפרו פוזר ברוח. מאחר שלא רצה שאנשים יסגדו לעצמותיו, ביקש מפורשות בצוואתו שגופו ישרף ואפרו יפוזר. בניגוד לצוואתו, שימרו ד"ר הארווי וד"ר אברהמס את מוחו ועיניו של איינשטיין. כתביו המקוריים, כולל זה של תורת היחסות, הועברו לרשותה של האוניברסיטה העברית בירושלים. מאז משמש המוסד כבעל זכויות היוצרים על עבודת המדען. איינשטיין היה אדם צנוע בהליכותיו והסתפק במועט. את פרסומו הרב ניצל רק כדי לקדם מטרות ציבוריות כמו שלום בין עמים ואחווה בין הבריות. הוא ניחן בחוש הומור דק והיה חביב על שומעיו. למרות מורכבותה של תורתו, ידע להבהירה בדוגמאות שוות נפש לכל אחד. התיאוריות שהעלה ערערו לחלוטין את הפיזיקה המסורתית בכל הקשור למסות זעירות מאד או לתנועה במהירות גבוהה מאד. הוא הביא למהפכה של ממש במחקר המדעי, ושינה מן היסוד את תפיסת העולם של האנושות כולה. עד יומו האחרון האמין בקיומה של תורה מקיפה אחת שתכיל בתוכה את כל חוקי היסוד השולטים בטבע, מן האלקטרון ועד כוכב הלכת, אולם בסופו של דבר לא הצליח לגבש תאוריה זו. למרות היותו גאון ומהפכן מדעי, היה איינשטיין מוגבל בתפיסתו הפילוסופית-מדעית והתקשה להשלים עם רעיונותיה המהפכניים של מכניקת הקוונטים, למרות תרומתו לפיתוחה בתחילת דרכה. על האקראיות, שבבסיסה של תורה זו, אמר כי "אלוהים אינו משחק בקוביה" ודחה בהתנגדות עזה כל מחשבה בדבר כך. ניסיונו החשוב ביותר לערער את יסודותיה של מכניקת הקוונטים ידוע בשם הפרדוקס של איינשטיין-פודולסקי-רוזן. מספר ניסויים איששו בכל זאת את מכניקת הקוונטים גם במקרה שמציע הפרדוקס, כך שגם ניסיון זה לערער על התאוריה נכשל. להגנתו של איינשטיין יש לומר כי כל העת טען שכאשר כמה מחוקי הטבע אינם ברורים למדענים, מנסים אלה בשגגה לטעון כי גם חוקים הסתברותיים שולטים בטבע. לדעתו של איינשטיין לא כך הוא, אלא שיש צורך להמתין עד שיתבררו גילויים חדשים שאינם ידועים עדיין. לטענתו, קיים בטבע סדר פנימי שאינו נובע כלל וכלל מאקראיות (ראו גם: דטרמיניזם - כל אירוע, יהיה טיבו אשר יהיה, מבטא חוק כלשהו של הטבע). ניסוחה של תורת הקוונטים לא היה כשורה בעיניו.

מחוות והוקרות

דטרמיניזם
- המכון למתמטיקה בגבעת-רם, באוניברסיטה העברית, קרוי על שמו.
- הפקולטה לפיזיקה בטכניון בחיפה קרויה על שמו.
- זמן קצר לאחר מותו נקרא יסוד חדש שיוצר על שמו, האיינשטייניום.
- בנק ישראל הנפיק בשנת 1972 שטרות בערך חמש לירות ישראליות, המעוטרות בדיוקנו של איינשטיין. [http://www.bankisrael.gov.il/catal/heb/bill_all.htm?series_num=6&series_name=%F1%E3%F8%E4%20%E2%20%F9%EC%20%E4%ECqq%E9&pg_name=p021&pg_kot=%E7%EE%F9%20%EC%E9%F8%E5%FA%20%E9%F9%F8%E0%EC%E9%E5%FA]
- בשנת 2000, הכריז השבועון TIME כי איינשטיין נבחר כאיש המאה ה-20 על ידי קוראיו ועורכיו. בהחלטתם ציינו את מקוריותו וחדשנותו המדעית לצד אישיותו והיותו בן לעם היהודי, שסבל יותר מכל אומה אחרת במהלך המאה, ובכל זאת הצמיח ענקי מדע בדמותו של איינשטיין ואחרים.
- שנת 2005 הוגדרה כ"שנת הפיזיקה", לציון 100 שנה ל"שנת הפלאות" - פרסום מאמריו פורצי-הדרך של איינשטיין, ששינו את האנושות כולה.

לקריאה נוספת


- מיצ'יו קאקו, היקום של איינשטיין: פריצת דרך בתפיסת הזמן והמרחב, הוצאת אריה ניר, 2005.
- אלברט איינשטיין, רעיונות ודעות, תרגמו דוד זינגר ויכין אונא, הוצאת מאגנס, 2005.
- דניס אוברביי, איינשטיין מאוהב, הוצאת זמורה-ביתן, 2004.

קישורים חיצוניים


- [http://www.inn.co.il/newspaper.php?id=4471 היהודי שהמציא מחדש את הפיסיקה], באתר ערוץ 7
- עמית הגר, [http://www.haaretz.co.il/hasite/pages/ShArt.jhtml?itemNo=557628&contrassID=2 היחסות הפרטית, ועוד כמה מהפכות], [http://www.haaretz.co.il/hasite/pages/ShArt.jhtml?itemNo=558191&contrassID=2 הקפיצה הקוונטית הגדולה], [http://www.haaretz.co.il/hasite/pages/ShArt.jhtml?itemNo=558706&contrassID=2 בסוף אישרו לו את הדוקטורט], [http://www.haaretz.co.il/hasite/pages/ShArt.jhtml?itemNo=559294&contrassID=2 "לראות" אטומים (עם סרגל ושעון)], [http://www.haaretz.co.il/hasite/pages/ShArtPE.jhtml?contrassID=2&subContrassID=3&sbSubContrassID=10&itemNo=560730 מכאן נובע שמבנה העולם הוא לא זה שבו הורגלנו], באתר "הארץ"
- [http://www.time.com/time/time100/poc/magazine/albert_einstein5a.html איש המאה של המגזין "טיים"] (באנגלית)
- אבשלום אליצור, [http://www.e-mago.co.il/e-magazine/einsam.html הדיאלוג הפילוסופי בין איינשטיין להרברט סמואל] - באתר e-mago
- קארל סייגן,
-
- [http://www.pitgam.net/search.php?data=%E0%EC%E1%F8%E8+%E0%E9%F0%F9%E8%E9%E9%EF&cata=sayer ציטוטים מפורסמים של אלברט איינשטיין], באתר "בין המרכאות"
- ציטוטים מפורסמים של אלברט איינשטיין, בוויקיציטוט האנגלי.
- [http://etc.princeton.edu/CampusWWW/Companion/einstein_albert.html ביוגרפיה של איינשטיין] באתר אוניברסיטת פרינסטון (באנגלית)
- [http://www.alberteinstein.info/ ארכיון איינשטיין], ובו כתב היד של רוב כתביו של איינשטיין.
- איינשטיין, אלברט איינשטיין, אלברט איינשטיין, אלברט איינשטיין, אלברט איינשטיין, אלברט איינשטיין, אלברט ja:アルベルト・アインシュタイン ko:알베르트 아인슈타인 ms:Albert Einstein simple:Albert Einstein th:อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์

פרס נובל לפיזיקה

רשימת מקבלי פרס נובל לפיזיקה:

1901 - 1910

1911 - 1920

1921 - 1930

1931 - 1940

1941 - 1950

1951 - 1960

1961 - 1970

1971 - 1980

1981 - 1990

1991 - 2000

2001 -


- פרס נובל לפיזיקה קטגוריה:זוכי פרס נובל

צורן (יסוד)

צורן, הידוע יותר בשמו הלועזי סיליקון, הוא יסוד כימי שסמלו Si ומספרו האטומי 14. בשפה יום יומית אנו מתייחסים אל צורן (סיליקון, או Silicon) כמו אל סיליקון (Silicone), חשוב לציין שאלו לא אותם חומרים. צורן הוא יסוד ואילו סיליקון הוא שם כולל לתרכובות אי אורגניות (בעיקר פולימרים) שמכילות את היסוד צורן.

תכונות

בצורתו הגבישית, לצורן צבע אפור כהה וברק מתכתי. צורן הוא יסוד אדיש יחסית מבחינה כימית, הוא מגיב עם הלוגנים ומתכות אלקליות, אבל אינו מושפע מחומצות (פרט לתערובת חומצה חנקתית וחומצה פלואורית). צורן טהור מעביר 95% מאורכי הגל של אינפרא אדום. בצורה זו הוא נמצא לעיתים רחוקות בטבע, ובדרך כלל הוא מופיע כצורן דו חמצני (SiO2).

שימושים

צורן הוא המרכיב העיקרי בזכוכית, מלט, קרמיקה, רוב השבבים האלקטרוניים, בסיליקונים (Silicone) ופולימרים על בסיס צורן. הצורן הוא אחד החומרים היחידים (בתור בסיס) אשר גם מוליך, וגם לא מוליך - הדבר נתון לבחירת המשתמש: אם נשנה את מצב הצבירה של הצורן, הוא יכול להוליך חום וחשמל, ואם נשנה את מצב הצבירה בשנית, הוא יפסיק להוליך חום וחשמל. דרך נוספת משמעותית יותר לשנות את מוליכות הסיליקון הוא זיהומו ביסודות אחרים עם תכונות חשמליות שונות (ללא שינוי מצב הצבירה). תכונה זאת של הסיליקון ומספר תכונות נוספות מאפשר לו להיות אבן ביניין חיונית ליצור טרנזיסטורים - הבסיס לכל סוגי האלקטרוניקה המודרנית. שימושים נוספים:
- צורן יכול לעיתים להועיל כשהוא מוסף לסגסוגות
- ייצור ארד, שהוא סגסוגת של נחושת וצורן.
- סיליקה (צורן דו חמצני) היא חומר גלם בייצור זכוכית.
- שילוב צורן בלייזר יכול ליצור אורך גל עקבי של 456 ננומטר.
- בניתוחים פלסטיים, לסיליקונים שימושים בהגדלת חזה בזכות גמישותם.
- לצורן תכונות שמבטיחות בעתיד ייצור מסכי LCD ותאים סולריים בעלות נמוכה.

היסטוריה

צורן זוהה לראשונה ע"י אנטואן לבואזיה ב1787, וב1800 הוגדר כתרכובת ע"י האמפרי דייווי. ב1811 לואי ז'וזף גיי-ליסק וLouis Jacques Thénard הכינו צורן לא טהור באמצעות חימום אשלגן וצורן ארבע פלואורי (SiF4). ב1824 Jöns Jakob Berzelius הפיק צורן טהור לאחר שזיקק את התוצר שקיבלו גיי-ליסק וLouis Jacques Thénard. מכיוון שצורן הוא יסוד חשוב בתעשיית המוליכים למחצה וההיי-טק, נקרא אזור ההיי-טק בקליפורניה "עמק הסיליקון".

צורה בטבע

הצורן הוא היסוד השני בשכיחותו בקרום כדור הארץ (אחרי חמצן), ומהווה 25.7% ממשקלו. הצורן מופיע בחול, קוורץ, גרניט, בעיקר בצורת צורן דו-חמצני (הידוע גם בשם סיליקה) או סיליקטים (תרכובות של צורן, חמצן ומתכות שונות).

ייצור

צורן מופק מסחרית בחימום סיליקה טהורה בכבשן חשמלי, המשתמש באלקטרודות מפחמן. בטמפרטורה העולה על 1900C°, מתרחשת התגובה הבאה:
\ SiO_ + C_ \rarr Si_ + CO_
צורן נוזלי מצטבר בתחתית הכבשן, מנוקז ומקורר. בשיטה זו מתקבל צורן 99% טהור ואחד מתוצרי הלוואי הוא SiC. על מנת להימנע מתוצר לוואי זה, ריכוז הצורן הטהור נשמר גבוה ואז מתרחשת התגובה:
\ 2SiC_ + SiO_ \rarr 3Si_ + 2CO_

טיהור

השימוש בצורן בתעשיית המוליכים למחצה דורש ייצור צורן טהור כמה שאפשר, לא כמו בשימושים אחרים שבהם אפשר להסתפק באחוזי צורן נמוכים יחסית. שתי שיטות בולטות במיוחד:

טכניקה I

טכניקות טיהור צורן ראשוניות התבססו על העובדה שכשצורן ניתך ולאחר מכן מתמצק, המצב המוצק מכיל צורן טהור יותר מהמצב הנוזלי. הטכניקה הראשונה, שתוארה ב1919 ושימשה בייצור מכ"ם במלחמת העולם השנייה, כללה ריסוק צורן גבישי לאבקה והשרייתו בחומצה. כשצורן נטחן לאבקה, חלקים מזהמים (מרכיבים שאינם צורן) מופנים כלפי הצד החיצוני של גרגרי האבקה ונשטפים עם החומצה.

טכניקה II

יותר קל לטהר צורן מתרכובות שלו מאשר מצורתו הגבישית. SiCl4 וSiH4 הן התרכובות השימושיות ביותר וכשהן במצב צבירה גז ונוגעות בצורן בטמפרטורה גבוהה, הן משתלבות איתו ויוצרות צורן טהור. בטכניקה הנפוצה ביותר, שנקראת תהליך סימנס, מוטות צורן טהורים נחשפים לHSiCl3 גזי ב1150°C. הצורן שבגז מצטרף למוטות הצורן בהתאם לתגובה הבאה:
\ 2HSiCl_ \rarr Si_ + 2HCl_ + SiCl_
בשיטה נוספת, הפיקה חברת דופונט צורן טהור ברמה גבוהה כשחשפו SiCl4 לאבץ ב950°C בהתאם לתגובה הבאה:
\ SiCl_ + 2Zn_ \rarr Si_ + 2ZnCl_
בסופו של דבר טכניקה זו נזנחה לטובת תהליך סימנס מכיוון שהייתה כרוכה בבעיות רבות.

אמצעי זהירות

מחלת ריאות בשם "צורנת" מופיע אצל כורים, סתתים ושאר אנשים שעבדו ושאפו אבק סיליקה בכמויות גדולות.

קישורים


- [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Si/key.html צורן בWebelements (אנגלית)]
- [http://mineral.galleries.com/minerals/elements/silicon/silicon.htm מידע ותמונות על מינרלים שמכילים צורן (אנגלית)] קטגוריה:יסודות כימיים קטגוריה:מטלואידים ja:ケイ素 ko:규소 th:ซิลิคอน

אל-מתכת

אל-מתכת היא קבוצה אחת מתוך שלוש המחלקות בין סוגי יסודות בטבלה המחזורית, יחד עם מתכות ומטלואידים, וכוללת בתוכה בין היתר את ההלוגנים ואת הגזים האצילים. האל מתכת מוגדרת כיסוד החסר תכונות מתכתיות. האל-מתכות, לפי מספר אטומי:
- מימן (H)
- הליום (He) (אציל)
- פחמן (C)
- חנקן (N)
- חמצן (O)
- פלואור (F) (הלוגן)
- ניאון (Ne) (אציל)
- זרחן (P)
- גופרית (S)
- כלור (Cl) (הלוגן)
- ארגון (Ar) (אציל)
- סלניום (Se)
- ברום (Br) (הלוגן)
- קריפטון (Kr) (אציל)
- יוד (I) (הלוגן)
- קסנון (Xe) (אציל)
- רדון (Rn) (אציל) רב האל-מתכות נמצאות הצד הימני העליון של הטבלה המחזורית. יוצא דופן הוא המימן, שמופיע בדרך כלל בצד השמאלי העליון יחד עם המתכות האלקליות, אבל הוא מתנהג ברוב המקרים כאל-מתכת. שלא כמו מתכות, שמוליכות חשמל, רב אל-מתכות הן מבודדות או מבודדות למחצה. אל-מתכות יכולות ליצור סריג יוני עם מתכות, או לחילופין קשר קוולנטי עם אל-מתכות ומתכות אחרות. תחמוצת של אל-מתכת יוצרת חומצה. ישנן רק 17 אל-מתכות ידועות. חלק מהאל-מתכות (מימן, חנקן, חמצן, פלואור, כרום, ברום ויוד) הן דו-אטומיות ושאר הן רב-אטומיות Category:כימיה ja:非金属元素 ko:비금속 th:อโลหะ

ארסן

אַרְסֶן, הידוע גם בשם זַרְניך, הוא חומר רעיל ביותר ממשפחת המטלואידים. מספרו האטומי 33 וסמלו הכימי As.

תכונות

ארסן דומה מאוד מבחינה כימית לזרחן, הוא מספיק דומה בשביל להשתלב במקומו בתהליכים ביולגיים וכך לגרום להרעלה. כשארסן מחומם הוא מתחמצן לAs2O3 ומפיץ ריח המזכיר שום. לארסן בצורתו הגבישית היציבה ביותר צבע אפור מבריק והוא מתפורר בקלות. קיימות גם צורות פחות יציבות בצבעים צהוב ושחור. צורתו החיצונית מזכירה מתכת, על אף שאיננו שייך לקבוצה זו. טמפרטורת ההיתוך שלו היא 817 מעלות צלזיוס וטמפרטורת הרתיחה היא 614 מעלות, ומכאן שבתנאים רגילים הוא בכלל לא מופיע בצורת נוזל, אלא ממריא ממצב מוצק ישירות לגז. גם בעת הקירור, הגז הופך מייד לגבישים, ולא לנוזל. במגע עם רטיבות, פולט הארסן גז רעיל העלול אף לגרום למוות.

שימושים

בשל תכונותיו הרעילות, משמש הארסן בתעשיית הדברת המזיקים ובעיקר בתעשיית ההדברה החקלאית ובשל תכונות אלו גם הפך ליסוד פופולרי לשימוש בתעשיית הלוחמה הכימית. עם השנים התפתחו הרכבי חומרי ההדברה כך שיהוו סכנה מינימלית לחקלאים אשר מרססים בהם את השדות, וכיום משתמשים בארסן הלבן (ארסן חמצני) ברוב תהליכי ההדברה. החומר גליום ארסניד (GaAs) משמש כמוליך למחצה בשבבים, בתור תח