איך זה עובד: תנור אפייה

 איך דברים עובדים ב-ynet מדע:

• הלו! הטלפון שלי מפורק
• בתוכנית: פירוק מכונת הכביסה
• נפתחנו: בודקים את מנגנון הדלת
  

כמו רוב המכשירים החשמליים, גם התנורים עוברים בשנים האחרונות דיגיטציה - החלפה של יותר ויותר רכיבים מכניים באלקטרוניים. עם זאת, אפילו כיום נמכרים לא מעט דגמים שעדיין מכילים את הטכנולוגיות הוותיקות והבדוקות של פעם. אלה מתחלקות לשני תחומים: בקרת הטמפרטורה ותכנית האפייה.

בקרת הטמפרטורה

בנורות ליבון, החשמל שעובר בחוט הלהט גורם לו להפיץ אור וחום. היחס המוגזם לטובת החום הוא זה שהוביל לאיסור על מכירת נורות להט בהספק מעל 60 וואט – מה שמרגיז, בין השאר, כי הנצילות של נורות ליבון דווקא עולה עם הוואטים. בכל אופן, גופי החימום של תנור האפייה הם מעין חוטי להט ענקיים ומאסיביים, עשויים לרוב מתערובת של ניקל וכרום, שמיועדים להפיץ רק חום. הם ממוקמים בחלק העליון ומתחת לרצפת תא האפייה, שהוא בעצמו לא יותר מקופסת פח עם מעטפת עבה של חומר מבודד רך, כגון צמר סלעים.

בתאוריה, אפשר לווסת את זרם החשמל אל גופי החימום ולקבוע כך את מידת החום, בדיוק כמו שמכוונים את עוצמת התאורה בעזרת עמעם (דימר). הבעיה היא שלוויסות הזה יש מחיר: נגדים למיניהם, לדוגמה, ממירים זרם עודף לחום, וזה יהיה די טיפשי להשתמש ברכיבים פולטי חום כדי להגביל את החום הנפלט. פתרון אחר וחסכוני יותר, זה שאומץ בפועל, הוא להפעיל ולכבות את גופי החימום לסירוגין: לתת להם חשמל כל עוד הטמפרטורה בתא האפייה לא הגיעה לסף הרצוי, ואז לנתק אותם עד שהיא יורדת משמעותית מתחת לו וחוזר חלילה. ברוב התנורים יש נורית חיווי שמאירה כאשר הטמפרטורה נמוכה מהסף (וגופי החימום פועלים), ואפשר גם לשמוע מין קליק חד בכל פעם שמצב הנורית הזו משתנה. אז מה קורה שם בפנים, ואיך התנור יודע מתי סף הטמפרטורה הרצוי נחצה?

הכירו את התרמוסטט (מיוונית: "תרמוס" חם ו"סטטוס" - יציבות). התרמוסטטים בתנורי האפייה מייצבים את הטמפרטורה בדיוק מרשים ובאמינות גבוהה, בלי אף טיפה של אלקטרוניקה. כך נראה תרמוסטט טיפוסי:

תרמוסטט של תנור אפייה (צילום ועיבוד: עידו גנדל)

מאחורי בורר הטמפרטורה שבלוח הבקרה של התנור נמצא מנגנון התרמוסטט (עליו נדבר מיד), ולו זנב מתכת ארוך וגמיש יחסית, שמסתיים במקל מתכת נוקשה. המקל הזה מותקן בדרך כלל בחלק האחורי העליון של תא האפייה, ומעביר חום דרך הזנב אל המנגנון.

המנגנון עצמו מורכב משני לוחות שמחוברים בתחתיתם. הנטיה הטבעית שלהם היא להישאר צמודים. במצב זה, שן בקצה העליון של אחד הלוחות לוחצת על פס מתכת גמיש שקבוע בלוח השני וגורמת לסגירת המעגל החשמלי שמוביל זרם (דרך בורר תכנית האפייה) אל גופי החימום. החום שמגיע מתא האפייה מתרכז בגליל מתכת זעיר שממוקם במרכזו של הלוח הראשון, בניצב לו. מתכת, כידוע, מתרחבת כשהיא מתחממת, וכשהגליל הזה קולט את החום שמגיע מתא האפייה הוא מתארך, דוחף ומרחיק את הלוחות זה מזה עד שהשן מפסיקה ללחוץ על פס המתכת והזרם מתנתק. כרגיל, כל זה יובן טוב יותר בעזרת האיור הסכמטי:

שרטוט סכמטי של אופן פעולת התרמוסטט(צילום ועיבוד: עידו גנדל)

ואיך מתבצעת קביעת סף הטמפרטורה הרצוי? בקצה הפנימי של בורר הטמפרטורה, בדיוק מול גליל המתכת, נמצא בורג. סיבוב ידני של הבורר מכניס או מוציא את הבורג, כך שהגליל צריך להתארך פחות או יותר, בהתאמה, כדי ליצור את הנתק. הסרטון הבא מראה את התרמוסטט מבפנים ואף מדגים את פעולתו בזמן אמת:

תוך כדי התעסקות גיליתי דבר שלא רואים בכל יום: בורג בעל הברגה הפוכה, כזה שצריך לסובב נגד כיוון השעון כדי לסגור. בדרך כלל מוצאים ברגים כאלה במתקנים של בלוני גז ומקומות מסוכנים דומים, שם המטרה היא למנוע תאונות כתוצאה מחוסר תשומת לב. במקרה שלנו, הסיבה פרוזאית יותר: המוסכמה לפיה סיבוב בכיוון השעון פירושו "יותר". אנחנו מסובבים את בורר הטמפרטורה בכיוון השעון כדי לקבוע סף גבוה יותר, ולהיפך. אילו היה שם בורג רגיל, הוא היה נכנס פנימה עם הסיבוב בכיוון השעון ומקצר את מרחק הדחיפה הדרוש לניתוק המעגל – בדיוק ההיפך ממה שאנחנו רוצים. ההברגה ההפוכה מרחיקה את הבורג מהגליל ככל שסף הטמפרטורה עולה, כך שהגליל צריך להתחמם ולהתארך יותר כדי לנתק את הזרם. הנה ההברגה שבתרמוסטט, ולצדה בורג עם הברגה רגילה להשוואה:

הברגה הפוכה בבורר הטמפרטורה (צילום ועיבוד: עידו גנדל)

תכנית האפייה

המשמעות של תכנית אפייה היא, בעצם, אילו אלמנטים בתנור פועלים במהלך האפייה ואילו מושבתים. בדרך כלל, אלמנטים אלה הם גוף חימום עליון, תחתון, מאוורר ("טורבו") ולעתים גם שיפוד מסתובב. בורר התוכניות המכני פועל לפי עקרון תיבת הנגינה עליו דיברנו בכתבה על מכונות הכביסה, ולכן לא נפרט אותו כאן: מספיק לציין שבורר התוכניות מסובב צילינדר שעליו בליטות במיקומים שונים, וכל בליטה סוגרת או מנתקת מעגל חשמלי שאחראי לאחד מהאלמנטים הנ"ל. גם המנורה הפנימית של התנור, אגב, נשלטת כך. הנה הדגמה עם בורר התוכניות שנשלף מהתנור שפירקתי:

יש עוד דבר אחד מעניין שלא הזכרתי כשדיברתי על מכונות הכביסה: הפטנט ש"עוצר" קצת את בורר התכניות בכל פעם שהוא ניצב על תכנית מסוימת. שלא במפתיע, גם כאן מדובר על פטנט מכני קטן וחכם: בקצה אותו צילינדר יש מעין גלגל שיניים מעוגל, ומולו, בתושבת של הבורר, יש קפיץ שדוחק גליל פלסטיק קטן בין השיניים האלה. כשאנחנו מפעילים מספיק כוח על הבורר, שיני הגלגל דוחפות למטה את הפלסטיק עד שהוא זז מהדרך, ושם הוא נשאר עד שמגיע השקע הבא בגלגל. הנה המנגנון החשוף, כמובן בלי התושבת:

הפטנט לעצירת בורר התכניות על תכנית מסוימת כל פעם (צילום ועיבוד: עידו גנדל)

ולסיום, חידה קטנה: למה יש לתרמוסט "זנב" ארוך כל כך? מדוע החיישן צריך להיות בחלק האחורי של תא האפייה, הכי רחוק שאפשר מהתרמוסטט עצמו?

עדכון חשוב!

בעקבות התגובות שהתקבלו, חתכתי את תיל המתכת של התרמוסטט לבדיקה - ואכן מדובר בצינורית. כלומר, הולכת החום מהחיישן לגוף תרמוסטט היא לא באמצעות התפשטות רגילה של מתכת אלא בתיווך גז. תודה למי שטרח לעדכן, שנאמר: "מכל מלמדיי השכלתי"!