26-453 חוזרת מן המתים: פרק שלושים ותשעה – שעון הזמן.

מיכאל פאראדי, הפיסיקאי האנגלי הגדול (1791 – 1867) גילה את הקשר בין חשמל למגנטיות, המציא את הדינמו ותרם תרומות חשובות נוספות – אך היה חסר השכלה וידע מתמטיים. חלק מרכזי בטכנולוגיה של הרובר מתבסס על תגליותיו ועל חלק זה נעבור הפעם, תוך שימוש מינימלי במתמטיקה – כראוי למורשתו של פאראדיי.
ניתן לנסח את חוק פאראדיי כך: המתח על סליל יחסי לקצב שינוי הזרם דרכו. או בצורה סמלית:
V=-L ΔI/ΔT
V הוא המתח, ΔI הוא השינוי בזרם, ו ΔT הוא פרק הזמן בו התחולל השינוי בזרם. שימו לב שכשהזרם ישר, כלומר אין בו שינויים (ΔI/ΔT=0) גם המתח המתפתח על סליל הוא אפס, ולהפך: אם יש מתח קבוע על סליל, הזרם ילך ויגדל בו בהתמדה:

current time relationship in a simple inductance

מרגע סגירת המפסק במעגל שלמעלה ילך הזרם ויגדל, לינארית, עם הזמן – ותמיד יתחיל מאפס.
מסקנה חשובה היא גם חוק רציפות הזרם. אם ננסה לשנות את ערך הזרם במעגל שלמעלה בבת אחת, למשל על ידי פתיחת המפסק באפס זמן (ΔT=0) יעלה המתח על הסליל לאין-סוף! מכיון שלא יתכן דבר כזה בטבע, יהיה תמיד מנגנון שיגביל את עליית המתח על הסליל, ואי-לכך גם יגביל את קצב השתנות הזרם דרכו. בהעדר אלטרנטיבה יהיה זה הניצוץ – קשת חשמלית המתרחשת בין שני קצוות הסליל.
אם נשרטט עכשיו את תולדות המתח והזרם על הסליל במעגל הפשוט שלמעלה, בפרק הזמן T בין סגירת המפסק לפתיחתו לאחר-מכן, נקבל את השרטוט הבא:

curent and voltage as function of time on an inductor

מרגע סגירת המפסק עולה הזרם בסליל בהדרגה והמתח עליו נשאר קבוע. ברגע פתיחת המפסק תתרחש קפיצה ענקית במתח שעל הסליל, ובקוטביות הפוכה למתח הסוללה שהזינה אותו (כי ΔI הפך מחיובי לשלילי).
על ההתנהגות הזו של סליל תחת מתח מבוססת מערכת ההצתה של הרובר, אבל מהתנהגות זו סובלים חלקים רבים המכילים סלילים ומפסקים ביניהם וסת המתח, משאבת הדלק החשמלית, הצופר – והשעון, עליו נספר הפעם.
למען הבהירות של הקטעים שלהלן אזכיר גם מעגל חשמלי טיפונת יותר מסובך, המכיל גם הוא סליל:

farad4

Effect of a series resistor

במעגל הזה מחובר נגד בטור לסליל. במציאות נגד זה קיים תמיד (פרט אולי בסלילים העשויים ממוליך על), והוא ההתנגדות של החוט ממנו מלופף הסליל. במעגל הזה יעלה הזרם בסליל עד שיגיע לערך V/R. הזרם יגיע לכ 66% מערך זה תוך הזמן L/R – ומכאן שקצב העליה שלו יהיה גדול יותר ככל שהנגד הטורי גדול יותר.
מצויידים בידע זה, נעבור עכשיו לשיקום השעון החשמלי של 26-453.
ארבעים ושלוש שנה לפני שניגשתי לשיקום זה, ביום שקיבלתי את 26-069 לידי, ובאותה נסיעת בכורה מרחובות לבאר-שבע, הרובר היה בן 22, ישן אבל עדיין לא אספנות, ובקיצור – טרנטה מן המניין. אבל השעון, שעון הזמן הגדול והנאה תוצרת Jaeger – פעל בו, והראה, פחות או יותר, את השעה. מפעם לפעם, כשהמצבר הישיש הכזיב ונשלף לטעינה או תיקון – נעצר השעון. במדריך למשתמש גם נאמר שאם המכונית נעזבת לנפשה – יכול השעון לרוקן את המצבר תוך שלושה שבועות. כן, זה שעון חשמלי. וכעבור שנים אחדות של שימוש, כשהמכונית כבר התקרבה לשנתה השלושים – עצר השעון מלכת. אבל עד אז כבר היו לי שעונים אחדים כאלו, ובעזרת סט מברגי שענים, זוג עיניים צעירות ומנורה טובה התחלתי לחקור את המבנה שלהם. והוא לא שונה בעצם מהמבנה של שעונים אחרים: אלמנט תהודה המתנדנד הלוך ושוב וקובע את יחידת הזמן, רצ’ט ההופך תזוזה זו לסיבוב חד כיווני, ומערכת של גלגלי שיניים המורידה את מהירות הסיבוב אל שני צירים קונצנטריים: החיצוני משלים סיבוב בערך אחת לשעה, והשני, המרכזי, אחת לשתיים עשרה שעות. בשעוני קפיץ או מטוטלת מקור האנרגיה של האלמנט המתנדנד הוא הקפיץ המתוח והמשתחרר לאיטו, או המשקולת הנמשכת לאדמה. בשעון החשמלי מקור האנרגיה הוא חשמלי, והוא מתואר באופן סכמטי בציור הבא:

Electrical circuit of the Rover clock

נראה מוכר? זה קטע מהציור הראשון שברשימה. כאן L הוא חלק מאלקטרומגנט. המתג עשוי מברזל וסביב הציר שלו כרוך קפיץ ספירלי. כשהמתג סגור, מושך אותו אליו האלקטרומגנט ודורך את הקפיץ. בנקודה מסויימת בדרכו מתנתק המתג, המשיכה נפסקת והקפיץ מחזיר את את המתג למצבו ההתחלתי. אז מתחדש המגע והתהליך חוזר על עצמו. הקצב בו מתרחש הדבר נקבע על ידי מסת המתג ותכונות הקפיץ. יחד הם מהווים את אלמנט התהודה של השעון. ניתן אפילו לשלוט על מתיחות הקפיץ בעזרת בורג מתיחה קטן, וכך לשנות את תדר התהודה שלו. במציאות האלקטרומגנט בנוי בצורת פרסה, והמפסק ויחידת התהודה נעה במרכזה. איכות הבניה של השעון הזה בינונית ומטה, הצירים והמיסבים של גלגלי השיניים הם בוקסות פשוטות הנשחקות עם הזמן (בשעונים יקרים אלו יהלומים זעירים שאינם נשחקים). אויב מס’ 2 של השעון הוא אבק וחלודה, המגדילים את החיכוך על המיסבים ויכול להביא לעצירת השעון. הנה תמונה של "המנוע" של השעון, כפי שהוא נראה אחרי שנים שכיבה במגירת החלקים הישנים:

The clocks' engine. Yellow arrow points to the switch

המפסק מסומן בחץ צהוב.
המפסק הוא אויב מס’ 1 של השעון.
הוא עשוי משני מוליכים דקיקים, קפיציים. האחד קבוע במקומו ומחובר להזנת המתח של השעון. מקום השני הוא על יחידת התהודה, וכמובן שהוא נמצא במגע עם הראשון כשהיחידה במצב מנוחה.

The switch

התנגדות סליל האלקטרומגנט היא 265 אוהם ולכן הזרם המירבי שזורם דרך מגעי המפסק הוא פחות מ 50 מיליאמפר. זה לא זרם גדול שקשה לחבר – הבעיה היא בניתוק. בגלל "רציפות הזרם" שנידונה בפתיח חייב לפרוץ ניצוץ בין שני חלקי המפסק בעת הפתיחה. והניצוץ גם "אוכל" את אחד המגעים וגם גורם לחימצון שניהם. עקב-כך עולה במשך הזמן ההתנגדות שלהם, הזרם דרך הסליל יורד בהדרגה – והשעון מפסיק לפעול.
הפתרון המתבקש הוא לגרום למפסק למתג עומס לא השראותי, ולהניח לו למתג זרם נמוך יותר כך שהתנגדות המגעים לא תפריע. דרך פשוטה אפשרית היא על ידי שימוש בטרנזיסטור. המעגל מתואר בציור הבא:

Electronic circuit to eliminate switch failure. Positive earth version

ומתאים למכוניות בעלות "אדמה חיובית" (כגון 26-069). המעגל הבא מתאים למכוניות לבעלות "אדמה שלילית" (כגון 26-453).

Negative earth version

הזרם המועבר עכשיו על ידי המפסק הוא בסביבות 2 מיליאמפר, משימה שהוא מסוגל לעמוד בה גם כשמצבו גרוע ביותר. ויותר לא יהיו עליו ניצוצות, כך שהוא יוכל לחיות לנצח.
הנה סירטון קטן המראה כיצד מתחיל לפעול מנוע השעון הנ"ל אחרי שנערכו בו השינויים שתוארו למעלה, ואחרי שספק המתח אליו הוא מחובר הועבר למצב "מופעל".

את השינוי הנ"ל ערכתי בשעון של 26-069 לפני כ 35 שנים – ומאז הוא ממשיך לתקתק לו בנחת. דרך רדיקלית יותר לתיקון השעון היא הדרך הבאה: שעון מעורר קוורץ עולה כחמישים ש"ח, והדיוק שלו מעולה. "מנוע" השעון שלנו מחובר ללוח השנתות בשני ברגים זעירים. מסירים אותו מלוח השנתות, ומדביקים במקומו את "מנוע" שעון הקוורץ. שעון הקוורץ מופעל על ידי סוללה קטנה (יש להחליפה אחת לשנתיים-שלוש). מחזירים את מחוגי שעון הקוורץ לציר ומדביקים עליהם בזהירות-בזהירות את מחוגי Jaeger האדומים-לבנים – וזהו. על לוח השעונים של הרובר מופיע שעון אורגינלי במראהו, ומדויק כקוורץ בפעולתו.
NEXT: http://wp.me/pXLKy-rq

PREV: http://wp.me/pXLKy-qZ