שלום,
נראה שכבר הכרתם את אאוריקה. בטח כבר גיליתם כאן דברים מדהימים, אולי כבר שאלתם שאלות וקיבלתם תשובות טובות.
נשמח לראות משהו מכם בספר האורחים שלנו: איזו מילה טובה, חוות דעת, עצה חכמה לשיפור או כל מה שיש לכם לספר לנו על אאוריקה, כפי שאתם חווים אותה.
»
«
למה חומרים מתרחבים בחום?
כולנו מכירים את תכונת המתכת להתרחב בחום? - זו תופעה שנקראת "התפשטות תרמית" (Thermal expansion). בטמפרטורות קיצוניות אפשר ממש לשמוע את המתכת חורקת כשהיא מתרחבת (בחום), או מתכווצת בקור.
מבחינת המולקולות, מה שקורה בזמן ההתחממות הוא הגדלה משמעותית בכמות האנרגיה הקינטית שבכל מולקולה. זה יגרום לכל המולקולות לנוע, להסתובב, להתעקם ולהימתח הרבה יותר מקודם, בקור. בצורה כזו המקום שתופס אותו מספר של מולקולות הוא גדול יותר. כלומר, החומר מתרחב. בקור מתרחש בדיוק ההיפך - המולקולות נוטות להיות פחות דינמיות ובממוצע, לתפוס פחות מקום.
התפשטות החומר בחום לא מתרחשת רק במתכת אלא בכל חומר. נוזל? - הכספית הנוזלית במדחום והברומטר, נוטה להתפשט ככל שחם יותר. כשהיא מתפשטת בצינורית הזכוכית הדקיקה, היא מגיעה לשנתות וכך מראה את הטמפרטורה הנוכחית. מוצק? - בבניינים שאבני החיפוי שלהם עשויות אבן גיר, אפשר לראות שהבנאים מניחים אותן במרווח של כמה מילימטרים זו מזו, כך שהלחץ לא יסדוק את האבנים, ברגע שהן מתרחבות, בטמפרטורות הגבוהות.
כשהנפח משתנה, כתגובה לשינוי טמפרטורה, זה עלול לגרום למבנים גדולים כמו רכבות או גשרים לנזקים. לכן המהנדסים יוצרים מנגנונים הידראוליים שיאפשרו גמישות למתכת וימנעו נזקים, כמו סדקים ושבירה שלה, כתוצאה מהתפשטות החומר בשמש.
פתרונות דומים הם, למשל, מפרידי הגומי למסגרת חלונות עשויים ממתכת. כך מתמודדים עם הבעיה שיכולה לגרום תכונת המתכות המתפשטות בחום. פתרון דומה הם מחברים שיכולים להתפשט ולהתכווץ ובכך למנוע נזקים תרמיים במערכות צנרת.
הנה סרטון על התפשטות תרמית במדחום:
https://youtu.be/9JuKqkZVgTU
התפשטות גז - כך מתרחב גז חם:
https://youtu.be/cq6d9RAcIAQ
התפשטות מוצק - כך נתקע כדור מחומם בטבעת, לאחר שהתרחב:
https://youtu.be/ne8oPFTM_AU
והתפשטות נוזל חם:
https://youtu.be/3K7zcfcUJ_E
ניסוי שמדגים את תופעת ההתפשטות התרמית:
https://youtu.be/TDnLbjd429M
ההסבר האטומי למה שקורה בחום וקור לאטומים (מתורגם):
https://youtu.be/UukRgqzk-KE
שיעור על התפשטות תרמית:
https://youtu.be/LmN8bybyQY8?long=yes
מהו חלקיק היגס?
חלקיק היגס או בוזון היגס הוצג באופן תיאורטי בשנות השישים, במסגרת התאוריה של החלקיקים היסודיים. הפיזיקאי פיטר היגס אז את קיומו של חלקיק מסוג בּוֹזוֹן, מה שהעניק לו את שמו ה"בוזון של היגס".
חלקיק היגס הוא שנתן את המאסה לכל החלקיקים היסודיים האחרים. שדה היגס נוצר חלקיק שניה (משערים שמדובר בעשירית של מיליארדית השנייה!) לאחר המפץ הגדול והיצירה של היקום. הוא נמצא מאז מסביבנו ומכביד על החלקיקים ובכך הוא מקשה עליהם לזוז. זוהי המאסה של החלקיקים. היגס העניק אותה להם ויצר עולם.
בניסויים במאיץ החלקיקים העצום שנבנה בסרן שווייץ הצליחו המדענים להביא להיווצרות של הבוזון של היגס, הישג בלתי נתפס בשביל הפיזיקאים, שהצליחו להוכיח תיאוריה באופן מדעי, בעזרת טכנולוגיה מורכבת ויקרה מאד.
הנה הסבר פשוט לבוזון היגס (מתורגם):
http://youtu.be/joTKd5j3mzk?t=6s
עוד על בוזון היגס (מתורגם):
http://youtu.be/eksz3eobV8A
תגלית קיומו של החלקיק האלוהי, הבוזון היגס (עברית):
https://youtu.be/r9MoEAejuGE
על הניסוי בשווייץ (מתורגם):
https://youtu.be/L1OYAOixW0o
והסבר מפורט על הבוזון היגס (מתורגם):
http://youtu.be/IElHgJG5Fe4?t=13s
מהם חום וקור?
חום הוא תנועה מהירה של חלקיקי החומר וקור הוא תנועה איטית שלהם. גם הדחיסות שלהם משתנה כי אוויר חם הוא פחות דחוס מאוויר קר. החלקיקים באוויר מתחממים והם זזים במהירות, מה שמגדיל את המרווחים ביניהם, כלומר את הוואקום שבין חלקיקי האוויר. באוויר הקר, לעומת זאת, החלקיקים נעים לאט יחסית לאוויר החם והמרווח ביניהם מצטמצם.
לכן אוויר חם הוא קל והוא עולה למעלה, בעוד שאוויר קר הוא כבד ויורד למטה.
הנה ההבדלים בתנועת החלקיקים במים הקרים (תנועה איטית) ובחמים (תנועה מהירה):
https://youtu.be/G_TCFgEdEGc
הנה הסבר לחום והקור:
https://youtu.be/f1eAOygDP5s
איך בנוי האטום?
מעולם לא ראיתם אטום, נכון? - אבל למעשה ראיתם מיליארדים של אטומים ביחד. אטומים מרכיבים כל חומר שאנו מכירים, כולל את גופנו, המחשב שלנו, הכוכבים שבשמיים וההרים שבמדבר. אבל אי אפשר לראות אטום בודד, כי הוא קטן מאד מאד. אנו רואים תמיד חומרים, שעשויים מהמוני אטומים שמרכיבים אותם.
האטום מורכב מגרעין וסביבו ענן של אלקטרונים. הגרעין הזעיר (בגודל של 1/100,000 מגודלו הכולל של האטום ובמשקל של מאית מהמשקל הכולל!), מכיל רכיבים שנקראים פרוטונים וניטרונים. "ענן האלקטרונים" שמסביב לגרעין מכיל אלקטרונים שנעים בו, בתוך "ריק האטום", אזור ריק שתופס כמעט את כל נפח האטום (כ99.999% ממנו).
בענן האלקטרונים מסודרים האלקטרונים מעין קליפות. ככל שהקליפה רחוקה מהגרעין, יש בה יותר אלקטרונים. האלקטרונים, אגב, מסתובבים מסביב לגרעין האטום במהירות עצומה.
בכל חומר יש כמות אטומית שונה של פרוטונים, ניטרונים ואלקטרונים. מה שמחזיק את מרכיבי האטום ביחד, היא אנרגיה חשמלית. לפרוטונים שבגרעין יש מטען חיובי וביחד עם הנייטרונים שכשמם הם נייטרליים, הם גורמים למטען החיובי של הגרעין.
את הכוח החשמלי ששואף לפרק את הגרעין, מנצח כח חזק יותר שמחזיק את החלקיקים ביחד. זוהי האנרגיה האטומית, ששחרור שלה יכול לשרת את האדם, משימושים כמו תחנות כוח גרעיניות, ועד לנשק גרעיני כמו פצצות ביקוע גרעיני ופצצות היתוך גרעיני. האלקטרונים שטעונים במטען שלילי, נעים מסביב לגרעין.
המלצה
=====
קראו באאוריקה בתגית "שעון אטומי" על השעון האטומי שמודד את הזמן בדיוק מושלם, בעזרת סיבוב האלקטרון המדויק של אטום הצזיום 133.
הנה סרטון על מבנה האטום (עברית):
https://youtu.be/ZTGUy9LZe3g
הסבר לילדים על האטום:
http://youtu.be/wRYfbGPG3LA
על מבנה האטום וכיצד ניתן לנצלו:
http://youtu.be/o1Ov3xk1F7g?t=23s
כלבים ממחישים את מבנה האטום - כחול (פרוטונים) וסגול (ניטרונים) נצמדים בגרעין האטום והירוקים הם האלקטרונים השליליים במטענם, שנעים מסביב:
http://youtu.be/addK0b2Isw8
מהם האטומים? (מתורגם):
http://youtu.be/mY1AMxUPhB8
ועוד הסבר על האטום ומספר החלקיקים בחומרים שונים:
http://youtu.be/Vi91qyjuknM
מהו מצב צבירה ומהי טמפרטורת מעבר?
מצב הצבירה (States of matter) הוא אחד מהמצבים הבסיסיים והעיקריים של החומר, כמו שהוא בטמפרטורות שונות.
מצבי הצבירה המוכרים ביותר הם מוצק, נוזל וגז, כשישנו עוד מצב צבירה הנקרא פלזמה.
בטמפרטורה מסוימת יעבור חומר ממצב צבירה אחד לשני.הטמפרטורה הזו נקראת טמפרטורת מעבר.
להבנה לעומק של הנושא היכנסו לתגית "מצבי צבירה".
הנה מצבי צבירה וטמפרטורת המעבר (עברית):
https://youtu.be/vFZ58338BbM
על החלקיקים של החומר במצבי הצבירה השונים:
https://youtu.be/unmEVTBHAEM
והפלזמה (מתורגם):
https://youtu.be/tJplytSR-ww
מהו מצב הצבירה הרביעי - הפלזמה?
אנו מכירים את מצבי הצבירה של מוצק, נוזל וגז. אבל בין מצבי הצבירה ישנו מצב צבירה שכמעט ולא מוכר והוא נקרא פלזמה (Plasma), או פלסמה.
למעשה, פלזמה היא מצב הצבירה הרביעי. פלזמה הוא מצב צבירה של אנרגיה גבוהה מאד. ההבדל בין פלזמה לבין מצבי הצבירה האחרים הוא שבנוסף לאטומים נייטרלים, מצב בו מספר האלקטרונים הקשורים לכל גרעין הוא זהה למספר הפרוטונים בגרעין, חומר במצב פלזמה מכיל חלקיקים טעונים חשמלית (אלקטרונים, פרוטונים ויונים חופשיים), שהם חופשיים. החלקיקים הללו מושפעים בצורה משמעותית משדות אלקטרומגנטיים.
אם מעבר מגז לנוזל נקרא עיבוי ומעבר מנוזל למוצק נקרא התמצקות או הקפאה, המעבר ממצב צבירה של פלזמה לגז נקרא רקומבינציה.
הנה הסבר הפלזמה (מתורגם):
https://youtu.be/tJplytSR-ww
כך מייצרים פלזמה מענבים במיקרוגל (עברית):
https://youtu.be/J4GQsIdU_q0
ואחד המחזות היפים בחשמל - כדור הפלזמה (ללא מילים):
https://youtu.be/S-6eO0faMn8
כולנו מכירים את תכונת המתכת להתרחב בחום? - זו תופעה שנקראת "התפשטות תרמית" (Thermal expansion). בטמפרטורות קיצוניות אפשר ממש לשמוע את המתכת חורקת כשהיא מתרחבת (בחום), או מתכווצת בקור.
מבחינת המולקולות, מה שקורה בזמן ההתחממות הוא הגדלה משמעותית בכמות האנרגיה הקינטית שבכל מולקולה. זה יגרום לכל המולקולות לנוע, להסתובב, להתעקם ולהימתח הרבה יותר מקודם, בקור. בצורה כזו המקום שתופס אותו מספר של מולקולות הוא גדול יותר. כלומר, החומר מתרחב. בקור מתרחש בדיוק ההיפך - המולקולות נוטות להיות פחות דינמיות ובממוצע, לתפוס פחות מקום.
התפשטות החומר בחום לא מתרחשת רק במתכת אלא בכל חומר. נוזל? - הכספית הנוזלית במדחום והברומטר, נוטה להתפשט ככל שחם יותר. כשהיא מתפשטת בצינורית הזכוכית הדקיקה, היא מגיעה לשנתות וכך מראה את הטמפרטורה הנוכחית. מוצק? - בבניינים שאבני החיפוי שלהם עשויות אבן גיר, אפשר לראות שהבנאים מניחים אותן במרווח של כמה מילימטרים זו מזו, כך שהלחץ לא יסדוק את האבנים, ברגע שהן מתרחבות, בטמפרטורות הגבוהות.
כשהנפח משתנה, כתגובה לשינוי טמפרטורה, זה עלול לגרום למבנים גדולים כמו רכבות או גשרים לנזקים. לכן המהנדסים יוצרים מנגנונים הידראוליים שיאפשרו גמישות למתכת וימנעו נזקים, כמו סדקים ושבירה שלה, כתוצאה מהתפשטות החומר בשמש.
פתרונות דומים הם, למשל, מפרידי הגומי למסגרת חלונות עשויים ממתכת. כך מתמודדים עם הבעיה שיכולה לגרום תכונת המתכות המתפשטות בחום. פתרון דומה הם מחברים שיכולים להתפשט ולהתכווץ ובכך למנוע נזקים תרמיים במערכות צנרת.
הנה סרטון על התפשטות תרמית במדחום:
https://youtu.be/9JuKqkZVgTU
התפשטות גז - כך מתרחב גז חם:
https://youtu.be/cq6d9RAcIAQ
התפשטות מוצק - כך נתקע כדור מחומם בטבעת, לאחר שהתרחב:
https://youtu.be/ne8oPFTM_AU
והתפשטות נוזל חם:
https://youtu.be/3K7zcfcUJ_E
ניסוי שמדגים את תופעת ההתפשטות התרמית:
https://youtu.be/TDnLbjd429M
ההסבר האטומי למה שקורה בחום וקור לאטומים (מתורגם):
https://youtu.be/UukRgqzk-KE
שיעור על התפשטות תרמית:
https://youtu.be/LmN8bybyQY8?long=yes
חלקיק היגס או בוזון היגס הוצג באופן תיאורטי בשנות השישים, במסגרת התאוריה של החלקיקים היסודיים. הפיזיקאי פיטר היגס אז את קיומו של חלקיק מסוג בּוֹזוֹן, מה שהעניק לו את שמו ה"בוזון של היגס".
חלקיק היגס הוא שנתן את המאסה לכל החלקיקים היסודיים האחרים. שדה היגס נוצר חלקיק שניה (משערים שמדובר בעשירית של מיליארדית השנייה!) לאחר המפץ הגדול והיצירה של היקום. הוא נמצא מאז מסביבנו ומכביד על החלקיקים ובכך הוא מקשה עליהם לזוז. זוהי המאסה של החלקיקים. היגס העניק אותה להם ויצר עולם.
בניסויים במאיץ החלקיקים העצום שנבנה בסרן שווייץ הצליחו המדענים להביא להיווצרות של הבוזון של היגס, הישג בלתי נתפס בשביל הפיזיקאים, שהצליחו להוכיח תיאוריה באופן מדעי, בעזרת טכנולוגיה מורכבת ויקרה מאד.
הנה הסבר פשוט לבוזון היגס (מתורגם):
http://youtu.be/joTKd5j3mzk?t=6s
עוד על בוזון היגס (מתורגם):
http://youtu.be/eksz3eobV8A
תגלית קיומו של החלקיק האלוהי, הבוזון היגס (עברית):
https://youtu.be/r9MoEAejuGE
על הניסוי בשווייץ (מתורגם):
https://youtu.be/L1OYAOixW0o
והסבר מפורט על הבוזון היגס (מתורגם):
http://youtu.be/IElHgJG5Fe4?t=13s
חום הוא תנועה מהירה של חלקיקי החומר וקור הוא תנועה איטית שלהם. גם הדחיסות שלהם משתנה כי אוויר חם הוא פחות דחוס מאוויר קר. החלקיקים באוויר מתחממים והם זזים במהירות, מה שמגדיל את המרווחים ביניהם, כלומר את הוואקום שבין חלקיקי האוויר. באוויר הקר, לעומת זאת, החלקיקים נעים לאט יחסית לאוויר החם והמרווח ביניהם מצטמצם.
לכן אוויר חם הוא קל והוא עולה למעלה, בעוד שאוויר קר הוא כבד ויורד למטה.
הנה ההבדלים בתנועת החלקיקים במים הקרים (תנועה איטית) ובחמים (תנועה מהירה):
https://youtu.be/G_TCFgEdEGc
הנה הסבר לחום והקור:
https://youtu.be/f1eAOygDP5s
מעולם לא ראיתם אטום, נכון? - אבל למעשה ראיתם מיליארדים של אטומים ביחד. אטומים מרכיבים כל חומר שאנו מכירים, כולל את גופנו, המחשב שלנו, הכוכבים שבשמיים וההרים שבמדבר. אבל אי אפשר לראות אטום בודד, כי הוא קטן מאד מאד. אנו רואים תמיד חומרים, שעשויים מהמוני אטומים שמרכיבים אותם.
האטום מורכב מגרעין וסביבו ענן של אלקטרונים. הגרעין הזעיר (בגודל של 1/100,000 מגודלו הכולל של האטום ובמשקל של מאית מהמשקל הכולל!), מכיל רכיבים שנקראים פרוטונים וניטרונים. "ענן האלקטרונים" שמסביב לגרעין מכיל אלקטרונים שנעים בו, בתוך "ריק האטום", אזור ריק שתופס כמעט את כל נפח האטום (כ99.999% ממנו).
בענן האלקטרונים מסודרים האלקטרונים מעין קליפות. ככל שהקליפה רחוקה מהגרעין, יש בה יותר אלקטרונים. האלקטרונים, אגב, מסתובבים מסביב לגרעין האטום במהירות עצומה.
בכל חומר יש כמות אטומית שונה של פרוטונים, ניטרונים ואלקטרונים. מה שמחזיק את מרכיבי האטום ביחד, היא אנרגיה חשמלית. לפרוטונים שבגרעין יש מטען חיובי וביחד עם הנייטרונים שכשמם הם נייטרליים, הם גורמים למטען החיובי של הגרעין.
את הכוח החשמלי ששואף לפרק את הגרעין, מנצח כח חזק יותר שמחזיק את החלקיקים ביחד. זוהי האנרגיה האטומית, ששחרור שלה יכול לשרת את האדם, משימושים כמו תחנות כוח גרעיניות, ועד לנשק גרעיני כמו פצצות ביקוע גרעיני ופצצות היתוך גרעיני. האלקטרונים שטעונים במטען שלילי, נעים מסביב לגרעין.
המלצה
=====
קראו באאוריקה בתגית "שעון אטומי" על השעון האטומי שמודד את הזמן בדיוק מושלם, בעזרת סיבוב האלקטרון המדויק של אטום הצזיום 133.
הנה סרטון על מבנה האטום (עברית):
https://youtu.be/ZTGUy9LZe3g
הסבר לילדים על האטום:
http://youtu.be/wRYfbGPG3LA
על מבנה האטום וכיצד ניתן לנצלו:
http://youtu.be/o1Ov3xk1F7g?t=23s
כלבים ממחישים את מבנה האטום - כחול (פרוטונים) וסגול (ניטרונים) נצמדים בגרעין האטום והירוקים הם האלקטרונים השליליים במטענם, שנעים מסביב:
http://youtu.be/addK0b2Isw8
מהם האטומים? (מתורגם):
http://youtu.be/mY1AMxUPhB8
ועוד הסבר על האטום ומספר החלקיקים בחומרים שונים:
http://youtu.be/Vi91qyjuknM
חלקיקים
מצב הצבירה (States of matter) הוא אחד מהמצבים הבסיסיים והעיקריים של החומר, כמו שהוא בטמפרטורות שונות.
מצבי הצבירה המוכרים ביותר הם מוצק, נוזל וגז, כשישנו עוד מצב צבירה הנקרא פלזמה.
בטמפרטורה מסוימת יעבור חומר ממצב צבירה אחד לשני.הטמפרטורה הזו נקראת טמפרטורת מעבר.
להבנה לעומק של הנושא היכנסו לתגית "מצבי צבירה".
הנה מצבי צבירה וטמפרטורת המעבר (עברית):
https://youtu.be/vFZ58338BbM
על החלקיקים של החומר במצבי הצבירה השונים:
https://youtu.be/unmEVTBHAEM
והפלזמה (מתורגם):
https://youtu.be/tJplytSR-ww
אנו מכירים את מצבי הצבירה של מוצק, נוזל וגז. אבל בין מצבי הצבירה ישנו מצב צבירה שכמעט ולא מוכר והוא נקרא פלזמה (Plasma), או פלסמה.
למעשה, פלזמה היא מצב הצבירה הרביעי. פלזמה הוא מצב צבירה של אנרגיה גבוהה מאד. ההבדל בין פלזמה לבין מצבי הצבירה האחרים הוא שבנוסף לאטומים נייטרלים, מצב בו מספר האלקטרונים הקשורים לכל גרעין הוא זהה למספר הפרוטונים בגרעין, חומר במצב פלזמה מכיל חלקיקים טעונים חשמלית (אלקטרונים, פרוטונים ויונים חופשיים), שהם חופשיים. החלקיקים הללו מושפעים בצורה משמעותית משדות אלקטרומגנטיים.
אם מעבר מגז לנוזל נקרא עיבוי ומעבר מנוזל למוצק נקרא התמצקות או הקפאה, המעבר ממצב צבירה של פלזמה לגז נקרא רקומבינציה.
הנה הסבר הפלזמה (מתורגם):
https://youtu.be/tJplytSR-ww
כך מייצרים פלזמה מענבים במיקרוגל (עברית):
https://youtu.be/J4GQsIdU_q0
ואחד המחזות היפים בחשמל - כדור הפלזמה (ללא מילים):
https://youtu.be/S-6eO0faMn8
