שמש. חם. הלכתם לים. חזרתם הביתה ועכשיו צריך להתקלח. יש מים חמים? אם יש לכם דוד שמש, ואם הייתה שמש כל היום (בטח שהייתה, בגלל זה הלכתם לים) - יש לכם מים חמים. אבל איך זה עובד?
הדוד עצמו הוא בעצם חבית מלאה במים. חימום המים נעשה בקולט, שקולט את החום וגם שומר עליו - תוך שימוש ביישומים פיזיקליים.
נתחיל ממה שחייב להיות בקולט, שזה כמובן מים. המים נמצאים בצינור שמתפתל כמו נחש מאוד מסודר לאורכו ולרוחבו של הקולט. ראשו של הנחש בצינור המתחבר אל הדוד מלמטה, וזנבו מתחבר אל הדוד בחלקו העליון (בהמשך נסביר למה).
הצינור צבוע בצבע שחור, מהסיבה שכל מי שלבש חולצה שחורה ביום שמש יודע - הצבע השחור מתחמם הרבה יותר משאר הצבעים. הסיבה לכך נעוצה בעובדה שצבע שחור אינו מחזיר אף חלק מהאור הנראה. עצמים ירוקים למשל, נראים לנו ירוקים מכיוון שהם מחזירים את האור הירוק מבין כל אורכי הגל המרכיבים את אור השמש [1-3]. אם נאיר על עצמים ירוקים באור אדום, הם יראו לנו שחורים - מכיוון שהם לא יחזירו אור נראה כלל. אם הצינורות השחורים לא מחזירים אף חלק מהאור, הרי שהם בולעים אותו - ואיתו גם את האנרגיה שיש בו. האנרגיה מהאור מומרת לאנרגיית חום שמחממת את הצינור ואת המים שבתוכו.
הצינור סגור בתוך מארז אטום עם מכסה שקוף. המארז האטום פועל בדיוק כמו חממה וכמו האוטו שלכם כשהוא סגור ובשמש, על ידי מניעה של תהליך ה"הסעה". האיטום מונע מהאוויר להעביר את החום מהצינור אל שאר העולם, על ידי זה שהוא מונע ממנו לספוג חום מהצינור ולברוח. במילים אחרות, האיטום משאיר את האוויר החם והחום בסביבת הצינור. המכסה השקוף מאפשר לקרינה להיכנס פנימה, וגורם לחום להישאר בפנים.
כשהמים בצינור מתחממים, הם מתפשטים ומתרחבים. המקום בצינור כבר לא מספיק להם. מצד אחד - הצינור שמחובר מלמטה - הם נתקלים בלחץ המים הקרים שנמצאים בתחתית הדוד וטרם התחממו בקולט. מהצד השני לעומת זאת, יש נפח גדול מאוד שמקבל אותם בברכה - חציו הריק של הדוד! המים החמים מתפשטים לתוך הדוד בחלקו העליון ואת מקומם בצינור תופסים מים קרים חדשים, שנדחפו אליו בעקבות עליית הלחץ בדוד עם הצטרפותם של המים החמים. כשהמים הקרים יתחממו הם יחזרו אל הדוד וכך הלאה - המים מסתחררים בין הקולט לדוד עד שכל המים בדוד הגיעו לטמפרטורה הרצויה (או עד ששוקעת השמש).
בדוד עצמו יש לא מעט כימיה, שכן הדוד צריך להיות עשוי מחומר שהוא גם אטום - למים בוודאי, אבל גם כמו שראינו לאוויר ולחום, גם עמיד במים (ובכן, ברור!) וגם עמיד בחום. דוודים גדולים לרוב עשויים ממתכת, וכדאי שתהיה חזקה כמו פלדה למשל. אבל השילוב של פלדה המכילה ברזל עם מים חמים נגמר לעיתים קרובות בחלודה [4]. לשם כך, מעבירים את המתכת תהליך של ציפוי בכרום (הכניסו כאן רפרנס למקס הזועם כביש הזעם). תוספת הכרום הופכת את הפלדה לפלדת אל-חלד ומגנה עליה מפני המים החמים. הכרום מגן על הפלדה על ידי יצירת שכבה אטומה של כרום שאינה מאפשרת לחמצן לחדור ולהחליד את הברזל. בדודים החדשים, מקובל לצפות את המתכת באמייל - מעין אבקת זכוכית שמתקשה לציפוי חזק - שהשימוש בה עדיף על השימוש בכרום.
זהו. סיימתם לקרוא. אין יותר תירוצים - לכו להתקלח 🙂

לקריאה נוספת:
[1] - על ראיית צבע בעולם החי (מדע גדול, בקטנה)
[2] - על מולקולות צבעוניות, בליעה והחזרה (מדע גדול, בקטנה)
[3] - ניסוי פשוט שאפשר לעשות (מדע גדול, בקטנה)
[4] - "המוות המזדחל של הברזל" - על חלודה (מדע גדול, בקטנה)