חלוצי האנרגיה המתחדשת

 

מצבה העגום של הפלטנה ומחירי הנפט המאמירים הביאו להפניית משאבים רבים לטובת חיפוש מקורות אנרגיה חלופיים, אשר יוכלו לספק אנרגיה זמינה באופן זול ונקי. אולם המחקר המדעי וההנדסי אשר מטרתו מציאת מקורות אנרגיה זמינים אינו חדש כלל, והוא נמשך כבר מאות רבות של שנים. למעשה, רעיונות יישומיים לבניית תחנות כוח אשר יוכלו לייצר אנרגיה זולה ובלתי מזהמת הוצעו הרבה לפני גילוי החשמל או המצאת מנועי הבנזין והקיטור. מטרת הניסיונות היתה לייצר מכונה אשר תוכל לייצר אנרגיה אשר תספיק על מנת להניע את עצמה, וכך תוכל המכונה לנוע לנצח ללא צורך במקור אנרגיה חיצוני. כך נולד רעיון ה-Perpetuum Mobile (מכונה הנעה לנצח), אשר הביא לאחת התקופות המוזרות ביותר בתחום הנדסת הפיסיקה.

מכונה הנעה בכוחות עצמה היא דבר שאינו בר התכנות בתנאים הקיימים על פני כדור הארץ שכן אנרגיה אינה יכולה להווצר מעצמה, ואיבוד אנרגיה כתוצאה מחיכוך, קטן ככל שיהיה, מבטל לחלוטין את האפשרות שהמכונה תוכל לייצר מספיק אנרגיה בשביל להניע את עצמה לנצח. אולם בתקופה הפרהניוטונית אלמנטים אלה עדיין לא היו ידועים, וכמה ממיטב המוחות הקדישו את עצמם לחיפוש אחר נוסחת הפלא שתייצר כמות בלתי נידלת של אנרגיה. חלון האפשרויות המדומה הזה, אשר נבע כתוצאה מחוסר בשלות מדעית, מזכיר במידה מסויימת את תופעת האלכימאים, אשר ניסו לייצר זהב ומתכות יקרות אחרות על ידי תרכובות ותערובות של מתכות זולות יותר.

אחד הניסיונות הראשונים לבנות מכונה אשר תוכל להניע את עצמה היה פרוייקט מכונת הפטישים של הממציא הצרפתי וילאר דה הונקור, אשר דגם שלה הורכב והופעל עוד בשנת 1235. בבסיסה של המכונה עמד גלגל גדול אליו היו מחוברים שבעה פטישים. כל פטיש היה מחובר בציר אשר איפשר לו להסתובב סביב הידית שלו, עד שנבלם כאשר היה פוגע בגלגל. כך היה הגלגל מתוכנן בצורה אשר תבטיח שתמיד יהיו ארבעה פטישים בצידו היורד למטה, ושלושה בצידו העולה למעלה.

 

גלגל הפטישים של הונקור

חוסר האיזון בין שני צידיו של הגלגל היה אמור ליצור מצב תמידי שבו צידו היורד של הגלגל יהיה כבד יותר מצידו העולה, וכך יוכל הגלגל לנוע לנצח סביב צירו. כמובן שמכונה מסוג זה אינה יכולה לנוע לנצח, שכן האנרגיה אותה יוצר הפטיש במסעו למטה היא שווה בדיוק לאנרגיה הדרושה להעלות אותו במעלה הגלגל. מכיוון שהפטישים מאזנים זה את זה, גלגל הפטישים הוא בדיוק כמו גלגל רגיל אשר מסתובב סביב צירו. כאשר מוסיפים את החיכוך הבלתי נמנע בין חלקיה השונים של המכונה, גלגל הפטישים הזה מסוגל להשלים רק מספר סיבובים בטרם יגיע לנקודת איזון בה ייעצר למנוחה, עד שיונע מחדש על ידי כוח חיצוני.

 

 

 

הגלגל הבלתי מאוזן הוא אלמנט החוזר על עצמו בקרב ממציאי המכונות הנעות לנצח, אשר תועד כבר במאה ה-12 על ידי המתמטיקאי ההודי בסקרה (Bahskara), והמשיך להופיע בווריאציות שונות עד לסוף המאה ה-19. באחת התצורות המאוחרות שלו, מתוכנן הגלגל הבלתי מאוזן כך שכפות שנמצאות על היקפו יוכלו לשאת כדורי מתכת. כדורים אלה היו מחוברים זה לזה בשרשרת אשר נמתחה על פני מחצית אחת של הגלגל, ומשם למעלה באופן החוצה את הגלגל בקו אנכי. האינטואיציה מאחורי הרעיון היתה שחלקה של השרשרת המונח על היקף המעגל היה ארוך יותר מזה שחוצה את המעגל בזווית אנכית. כך נוצר מצב שבו מספר הכדורים הנמצאים בדרכם מטה תמיד היה גדול יותר ממספר הכדורים העולים למעלה. הממציא היה כל כך בטוח בהתכנותה של המכונה שלו, עד שליתר ביטחון הוסיף לגלגל גם מעצור יד, וזאת בכדי למנוע מהגלגל לצבור מהירות באופן בלתי מבוקר שיביא להריסת המכונה כולה. המצאה זו נרשמה בשנת 1858 כפטנט בריטי מספר 1870, ורשומה על שמו של פייר ריקר.

 

למרות ההיגיון העומד מאחורי המכונה, האנרגיה אותה צוברים הכדורים בדרכם למעלה שווה בדיוק לאנרגיה שהם מעניקים לגלגל בדרכם מטה. כלומר, למרות שדרכם של הכדורים למטה היא ארוכה יותר מדרכם למעלה, האנרגיה אותה הם תורמים לטובת הנעת הגלגל אינה שווה לכל אורך מסלולם. למשל, לכדורים שנמצאים בתחתית הגלגל כבר כמעט ולא נשאר דבר מהאנרגיה שצברו כאשר עלו למעלה, ועצם המצאות כדורים בחלק זה של הגלגל אינה תורמת באופן משמעותי ליכולתו להמשיך לנוע. החיכוך והצורך להניע גם את חציו הריק של הגלגל גורמים לבסוף לגלגל להיעצר.

 

 

 

 

 

המצאה מתוחכמת מעט יותר, אך בלתי יעילה בדיוק באותה מידה, היא המכונה הנעה לנצח אותה פיתח מהנדס הנשק הגרמני אולריך פון קראנך בשנת 1664. מכונה זו היתה מבוססת על כדורי מתכת המניעים גלגל בעל כפות, הדומה לגלגל מים מהסוג בו היו בעבר משתמשים להנעת טחנות קמח. לאחר שהניעו את הגלגל בכובד משקלן, היו כדוריות המתכת מתגלגלות על תעלה צרה הישר לפתחו של בורג ארכימדס. הגלגל עצמו היה מניע את הבורג, אשר היה מעלה את כדוריות המתכת בחזרה למעלה בכדי שיניעו את הגלגל.

האינטואיציה העומדת מאחורי המצאת המכונה הוא שבורג הארכימדס ממתן את הזווית שבה עולה כדורית המתכת, ולכן העלאת כדור מתכת דרך הבורג דורשת הפעלת כוח פחותה יותר מאשר דרך הגלגל, אשר היה מעלה את הכדור בזווית ישרה כלפי מעלה. אולם פון קראנך ככל הנראה לא לקח בחשבון את העובדה שהדרך אותה עוברת הכדורית העולה במעלה הבורג היא ארוכה יותר מאשר דרכה של זו היורדת בגלגל. אמנם העלאת הכדור בבורג דורשת פחות מאמץ, אבל יש להפעיל אותו למשך זמן רב יותר, כך שבסופו של דבר האנרגיה שמספקת כל כדורית היורדת בגלגל שווה בדיוק לאנרגיה הדרושה על מנת להעלות כדורית דומה במעלה הבורג. החיכוך שנוצר בין הכדוריות ובין חלקי המכונה גרם לכך שההמצאה המבטיחה הצליחה להשלים מספר בודד של סיבובים לפני שהיתה מגיעה לעצירה מלאה.

 

 

 

חלק מהרעיונות למכונות המניעות את עצמן ניתן לשלול בעזרת מכניקה פשוטה. אולם מספר רעיונות מאוחרים יותר יכולים ליצור את הרושם של מכונה אשר באמת מסוגלת לפעול, ושלילת הרעיונות דורשת כילים מתוחכמים יותר. דוגמא לכך היא המכונה ההידרוסטטית המורכבת ממבחנה בצורת האות U , ובה נוזלים אשר אחד מהם הוא צפוף יותר מהאחר. בצד אחד של המבחנה נמצאים כדורים, אשר קלים יותר משני הנוזלים שהיא מכילה. כאשר כדור נוסף מונח על הכדורים, משקלו מספיק בדיוק על מנת לדחוף את הכדור שנמצא בתחתית המבחנה אל החלק הקל יותר, בו הוא צף למעלה במהירות עד שיוצא מפתחה העליון של המבחנה. מכיוון שהנוזל בצד זה של המבחנה קל יותר, הכדור יוצא מפתח אשר נמצא גבוה יותר מפיתחה השני, אליו הוא צריך לשוב. בדרך למטה הוא יכול לסובב גלגל אשר יוצר אנרגיה זמינה, ומונח בחזרה על המבחנה. משקלו של הכדור שוב מספיק בדיוק על מנת לשלוח את הכדור התורן הבא למסע דומה, וחוזר חלילה.

 

 

 

לאחר שנראה היה ששנים ארוכות של ניסיונות אינם נושאים פרי, ורעיון המכונה הנעה לנצח כבר נתפס כבלתי מעשי, תגלית חדשה הפיחה לפתע תקווה מחודשת לחלום המכונה המניעה את עצמה. המקור לתקווה היה תגלית החשמל, אשר חוסר היכולת להתמודד עימו בכילים המדעיים שהיו קיימים באותה תקופה הוליד את המונח "פיסיקה חדשה". עצם ההנחת קיומה של פיסיקה שאינה כפופה לחוקי הפיסיקה הניוטונית המוכרת הביאה להשערה שהכללים החדשים יכולים להוות בסיס למכונה המסוגלת לייצר כמות בלתי נידלת של אנרגיה. כמובן שניסיונות אלה נועדו לכישלון עוד לפני שהחלו. במובן של מכונות המניעות את עצמן, ההתנגדות הקיימת במערכות המונעות בזרם חשמלי היא מקבילה לחיכוך הקיים במערכות מכניות. כל עוד קיים במערכת אפילו רכיב אחד שאינו מוליךעל, המערכת תדלוף אנרגיה ולא תוכל לנוע לאורך זמן בלתי מוגבל.

אחד הניסיונות המעניינים ביותר למכונה הנעה לנצח באמצעות ה"פיסיקה החדשה" היה שעון הרדיום של המדען הבריטי ג'ון סטרט. כמו רבים אחרים שעסקו בפיתוח מכונות המניעות את עצמן, גם ג'ון סטרט היה מדען מוכשר וחריף מחשבה, והישגיו המדעיים המשמעותיים אף זיכו אותו בפרס הנובל לפיסיקה בשנת 1904. שעון הרדיום של סטרט היה מבוסס על גביש רדיום הנמצא בתוך טיובת קווארץ חלולה. מתחת לגביש היו שני רדידי מתכת המחוברים זה לזה בחלקם העליון הקרוב לרדיום, ומשוחררים בחלקם התחתון. הקרינה של הרדיום הביאה לטעינה של רדידי המתכת במטען חשמלי. מכיוון ששניהם היו טעונים במטען זהה, דחו רדידי המתכת זה את זה וכך הלכו והתרחקו כך שהקצה המשוחרר של כל אחד מהם הלך והתקרב לדפנות הטיובה. כאשר קצה הרדיד פגע בדופן הוא נגע במוליך חשמלי המחובר לאדמה (הארקה). הנגיעה בהארקה גרמה לפריקה מיידית של המטען החשמלי, וכוח הכבידה החזיר את שני עלי המתכת למרכז הטיובה בשביל להתחיל את התהליך מחדש. על פי הפיסיקה של אותה תקופה היה אולי נראה שמדובר במכונה הנעה לנצח, אולם תורת היחסות של איינשטיין, אשר התפרסמה זמן קצר לאחר מכן, נתנה הסבר אחר לעיקביותו של שעון הרדיום של סטרט. בכל טעינה של עלי המתכת מאבד גביש הרדיום מעט מהמסה שלו, אשר הופכת לאנרגיה על פי הנוסחה המפורסמת E=MC2. תאוריה זו נתמכה אף בעובדה שנמצאו בטיובה אטומי הליום, אשר לא היו בטיובה כאשר נאטמה, והם תוצאה של התפרקות הרדיום. למרות ששעון הרדיום יכול לפעול ללא הפסקה במשך אלפי שנים, הוא אינו מהווה מקור בלתי נידלה של אנרגיה, וגם הוא צפוי בסופו של דבר לעצור מלכת.

 

 

שעון הרדיום של ג'ון סטרט

 

התקדמות הפיסיקה וההכרה בכך שאנרגיה לא יכולה להווצר מעצמה הביאו לבסוף להפסקה מוחלטת של הניסיונות לפיתוח מכונות המסוגלות ליצור כמות אנרגיה אשר תספיק בשביל להניע את עצמן. התפתחות זו הביאה לקיצה של תקופה מוזרה ומעניינת של ניסיונות מתוחכמים יותר או פחות, אך חסרי תקווה בדיוק באותה מידה.

מודעות פרסומת
Post a comment or leave a trackback: Trackback URL.

תגובות

  • חרטא ברטא  On אוקטובר 29, 2008 at 5:58 am

    יישר כח.

    ככלל, כל פוסט שמביא קצת מדע אמיתי ומחשבה רציונאלית לרשימות – יבורך.

    הנה אתר יפה שמראה כל מיני המצאות מחורפנות וההסברים המדעיים. כמו כן יש שם מובא שם קונטקסט היסטורי.

    http://www.hp-gramatke.net/perpetuum/index.htm

    כמובן מה שחיסל סופית את הרעיון של פרפטאום מובילה היתה העבודה של בולצמן במכניקה סטטיסיטית ותרמודינמיקה (הצגת רעיון האנטרופיה) והניסוח האלגנטי של קלאוזיוס לחוק השני.

  • איתי  On אוקטובר 29, 2008 at 11:48 am

    תודה.

  • ליאור  On אוקטובר 30, 2008 at 4:00 am

    תודה איתי.

    חרטא, בולצמן היה כנראה זוכה בפרס נובל על הגדרת המכניקה הסטטיסטית, אם רק היה מתעזר בסבלנות ולא ממהר להתאבד.

  • צחי  On נובמבר 1, 2008 at 1:51 am

    נושא מעניין מאוד
    אילו היו מוצאים פתרון, הרבה בעיות בעולמנו היו נפתרות

    תודה

  • משתמש אנונימי (לא מזוהה)  On דצמבר 19, 2008 at 11:49 pm

    אכן נושא מעניין.
    אבל אפשר בבקשה לקבל הסבר לכשל של המכונה ההידרוסטטטית? (אגב, בילדותי אני עצמי חשבתי על משהו דומה. הבנתי שזה לא יםעל מחמת חוסר היתכנותו של מנוע נצחי, אבל מעולם לא יצא לי לשאול למה).

להשאיר תגובה

הזינו את פרטיכם בטופס, או לחצו על אחד מהאייקונים כדי להשתמש בחשבון קיים:

הלוגו של WordPress.com

אתה מגיב באמצעות חשבון WordPress.com שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Twitter

אתה מגיב באמצעות חשבון Twitter שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Facebook

אתה מגיב באמצעות חשבון Facebook שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת גוגל פלוס

אתה מגיב באמצעות חשבון Google+ שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

מתחבר ל-%s

%d בלוגרים אהבו את זה: