דף הבית

אודות

חוגי העשרה

תמונות

ביצוע תשלומים

הרשמה לניוזלטר

יצירת קשר

הארה בפייסבוק

חדשות ועדכונים

פוליגרף

פוליגרף – האם הגוף יכול לספר לנו מה אנחנו מרגישים?

פתיחה

האם אפשר לדעת אם אדם משקר רק בעזרת מכשיר?

בסרטים ובסדרות אנחנו רואים לעיתים אדם המחובר ל"מכונת אמת". שואלים אותו שאלות, מחטים זזות על המסך, ובסוף המכשיר כביכול קובע אם הוא אמר אמת או שקר.

אבל המציאות המדעית מעניינת ומורכבת הרבה יותר.

פוליגרף אינו מכשיר שמזהה שקר באופן ישיר.
פוליגרף מודד שינויים פיזיולוגיים המתרחשים בגוף כאשר אנחנו מתרגשים, נלחצים, מפחדים, מופתעים או נמצאים במצב של עוררות.

פוליגרף מקצועי עשוי למדוד כמה נתונים במקביל:

דופק
קצב נשימה
לחץ דם
מוליכות חשמלית של העור

מתוך השינויים במדדים האלה מנסים להעריך אם האדם הגיב בצורה חריגה לשאלה מסוימת.

חשוב מאוד להבין:

תגובה גופנית אינה הוכחה לכך שאדם משקר.

אדם יכול להתרגש גם כאשר הוא אומר אמת. הוא יכול לפחד, להיות מובך, להיות מופתע או פשוט להילחץ מהבדיקה עצמה.

לכן נכון יותר לחשוב על הפוליגרף כעל מכשיר למדידת תגובות הגוף, ולא כעל "מכונת אמת".

מה נבנה היום?

בפעילות נבנה מעגל אלקטרוני הרגיש לשינויים במוליכות החשמלית של העור.

המערכת שלנו אינה פוליגרף מקצועי מלא, אלא מודל פשוט שמדגים אחד מהעקרונות שבהם משתמשים גם במערכות פוליגרף.

המדד נקרא:

Electrodermal Activity – EDA

ובעבר נהגו לקרוא לו גם:

Galvanic Skin Response – GSR

המכשיר שלנו אינו יודע אם אנחנו משקרים.

הוא יודע לזהות שינויים חשמליים בעור.

האם גוף האדם מוליך חשמל?

כן.

גוף האדם מכיל כמות גדולה של מים, ובנוזלי הגוף קיימים מלחים ויונים.

יונים הם חלקיקים בעלי מטען חשמלי, והם מאפשרים לזרם חשמלי לעבור דרך הגוף.

אבל ההתנגדות החשמלית של הגוף אינה קבועה.

אחד הגורמים המשפיעים במיוחד על ההתנגדות הוא מצב העור.

כאשר העור יבש, השכבה החיצונית שלו יוצרת התנגדות חשמלית גבוהה יחסית.

כאשר העור לח יותר, למשל בגלל זיעה, המים והמלחים שעל פני העור מקלים על מעבר המטען החשמלי.

לכן:

יותר לחות וזיעה → מוליכות גבוהה יותר → התנגדות נמוכה יותר.

חשוב לדייק: גם כאשר הידיים יבשות קיימת מוליכות מסוימת. אנחנו לא אומרים שאין מוליכות בכלל, אלא שהמוליכות נמוכה יותר וההתנגדות גבוהה יותר.

מה הקשר בין רגשות לזיעה?

בגופנו קיימת מערכת הנקראת:

מערכת העצבים האוטונומית.

זוהי מערכת שמפעילה תהליכים רבים בגוף ללא צורך בהחלטה מודעת שלנו.

לדוגמה:

קצב הלב
נשימה
פעילות מערכת העיכול
פעילות בלוטות הזיעה

אחד מחלקיה של מערכת העצבים האוטונומית הוא:

מערכת העצבים הסימפתטית.

כאשר אנחנו מופתעים, נבהלים, מתרגשים, מתאמצים או נכנסים למצב של דריכות, מערכת העצבים הסימפתטית יכולה להגביר את פעילות בלוטות הזיעה.

בלוטות הזיעה בכפות הידיים ובכפות הרגליים מגיבות במיוחד למצבים רגשיים.

לפעמים מדובר בכמות זיעה קטנה כל כך שאנחנו כלל לא מרגישים אותה.

אבל מעגל חשמלי רגיש יכול לזהות את השינוי.

התנגדות ומוליכות

שני מושגים חשובים בפעילות שלנו הם:

התנגדות חשמלית
ו-
מוליכות חשמלית

התנגדות מתארת עד כמה חומר מקשה על מעבר זרם חשמלי דרכו.

יחידת ההתנגדות נקראת:

אוהם – Ω

ככל שההתנגדות גדולה יותר, קשה יותר לזרם לעבור.

מוליכות מתארת את הכיוון ההפוך:

עד כמה קל לזרם לעבור דרך החומר.

לכן:

התנגדות גבוהה → מוליכות נמוכה

התנגדות נמוכה → מוליכות גבוהה

כאשר כפות הידיים מזיעות מעט, ההתנגדות החשמלית של העור עשויה לרדת והמוליכות שלו עולה.

הרכיבים האלקטרוניים במערכת

נגד – Resistor

נגד הוא רכיב שמגביל את הזרם החשמלי במעגל.

אפשר לחשוב עליו כעל הצרה בצינור מים.

ככל שהצינור צר יותר, קשה יותר למים לעבור דרכו.

באופן דומה, ככל שההתנגדות החשמלית גדולה יותר, קשה יותר לזרם לעבור.

נגדים מאפשרים לנו לשלוט בכמות הזרם העוברת במעגל ולהגן על רכיבים אחרים מפני זרם גבוה מדי.

ערך הנגד נמדד באוהם:

על נגדים רבים מופיעים פסים צבעוניים המייצגים את ערך ההתנגדות.

טרנזיסטור – Transistor

הטרנזיסטור הוא אחד הרכיבים החשובים ביותר בעולם האלקטרוניקה.

אפשר למצוא טרנזיסטורים כמעט בכל מכשיר אלקטרוני מודרני:

מחשבים
טלפונים
טלוויזיות
מכוניות
מערכות בקרה
חיישנים

טרנזיסטור יכול לשמש כמעין מפסק אלקטרוני או כמגבר.

כלומר, שינוי חשמלי קטן יכול לשלוט בעזרתו בזרם גדול יותר.

שלושת החיבורים של הטרנזיסטור

לטרנזיסטור יש שלושה חיבורים עיקריים:

Base – בסיס

Collector – קולט

Emitter – פולט

הבסיס הוא למעשה נקודת הבקרה.

שינוי קטן במתח או בזרם באזור הבסיס יכול לגרום לשינוי גדול יותר בזרם העובר בין הקולט לפולט.

אפשר לחשוב על הטרנזיסטור כמו על ברז מים:

פעולה קטנה בידית הברז יכולה לשלוט בכמות גדולה בהרבה של מים העוברת בצינור.

שני סוגי הטרנזיסטורים במעגל שלנו

בפוליגרף שלנו קיימים שני טרנזיסטורים שונים:

Q1 – 2N3906 מסוג PNP

Q2 – 2N3904 מסוג NPN

שניהם טרנזיסטורים, אבל הם אינם פועלים בדיוק באותה צורה.

ההבדל העיקרי ביניהם הוא בקוטביות ובתנאי שבו הם מתחילים להוליך זרם.

טרנזיסטור NPN

הטרנזיסטור:

2N3904

הוא מסוג:

NPN

בטרנזיסטור מסוג NPN, הטרנזיסטור מתחיל להוליך כאשר מתח הבסיס נעשה חיובי יותר ביחס לפולט במידה מספקת.

אפשר להסביר זאת בפשטות:

הבסיס עולה במתח → ה-NPN מתחיל להיפתח ולהוליך.

טרנזיסטור PNP

הטרנזיסטור:

2N3906

הוא מסוג:

PNP

בטרנזיסטור מסוג PNP המצב הפוך.

הוא מתחיל להוליך כאשר מתח הבסיס נעשה נמוך יותר ביחס לפולט במידה מספקת.

כלומר:

הבסיס יורד במתח → ה-PNP מתחיל להוליך.

למה משתמשים בשני טרנזיסטורים שונים?

ה-NPN וה-PNP פועלים בקוטביות הפוכה.

לכן הם יכולים להשלים זה את זה בתוך המעגל.

אפשר לחשוב עליהם כשני שערים אלקטרוניים שמגיבים לתנאים שונים.

NPN – מגיב כאשר מתח הבסיס עולה.

PNP – מגיב כאשר מתח הבסיס יורד.

השילוב ביניהם מאפשר למעגל להיות רגיש יותר לשינויים קטנים המתרחשים בעקבות שינוי בהתנגדות של העור.

מה קורה כאשר הידיים יבשות?

כאשר התלמיד מחזיק בשני חוטי המגע בידיים יבשות, ההתנגדות של העור גבוהה יחסית.

לכן:

ההתנגדות גבוהה → המוליכות נמוכה → עובר זרם קטן יחסית דרך הגוף.

במצב הזה האות החשמלי שמגיע לחלק הרגיש של המעגל קטן.

הטרנזיסטור הראשון, Q1 – מסוג PNP, הוא הטרנזיסטור הדומיננטי בפעולת המעגל.

הטרנזיסטור השני, Q2 – מסוג NPN, עדיין אינו מקבל תנאי הפעלה חזקים מספיק כדי להוליך בצורה משמעותית.

לכן הרמקול יכול להשמיע צליל, אך הוא יהיה חלש יותר או שונה.

אפשר לתאר זאת כך:

עור יבש → התנגדות גבוהה → מוליכות נמוכה → זרם קטן → Q2 כמעט ואינו מוליך → צליל חלש יותר.

מה קורה כאשר מוליכות העור עולה?

כאשר האדם מתרגש, נלחץ, נבהל או חווה עוררות, מערכת העצבים יכולה להפעיל את בלוטות הזיעה.

אפילו אם איננו מרגישים זיעה ממשית, כמות קטנה של לחות יכולה לשנות את ההתנגדות של העור.

כעת:

ההתנגדות יורדת → המוליכות עולה.

יותר זרם חשמלי זעיר יכול לעבור דרך הגוף בין שני חוטי המגע.

השינוי הזה משפיע על האות שמגיע לבסיס של הטרנזיסטור השני:

Q2 – 2N3904 מסוג NPN.

כאשר האות נעשה מספיק חזק, גם Q2 מתחיל להוליך בצורה משמעותית יותר.

כעת שני הטרנזיסטורים משפיעים על פעולת המעגל.

כתוצאה מכך, האות המגיע לרמקול משתנה והצליל יכול להתחזק או להשתנות.

אפשר לתאר זאת כך:

עור לח יותר → התנגדות נמוכה יותר → מוליכות גבוהה יותר → זרם גדול יותר → Q2 נכנס לפעולה → שינוי משמעותי יותר ברמקול.

חשוב: הטרנזיסטור אינו רק ON או OFF

לצורך ההסבר אפשר לחשוב על הטרנזיסטור כמפסק, אבל במציאות הפעולה שלו יכולה להיות הדרגתית.

הוא אינו חייב להיות רק:

סגור לחלוטין

או:

פתוח לחלוטין.

ככל שתנאי ההפעלה שלו משתנים, גם כמות הזרם שהוא מאפשר להעביר יכולה להשתנות.

לכן שינוי קטן מאוד בהתנגדות העור יכול לגרום לשינוי הדרגתי בפעולת הטרנזיסטורים.

זה בדיוק מה שאנחנו רוצים במערכת שלנו:

להפוך שינוי קטן מאוד בעור לשינוי גדול מספיק כדי שנוכל לשמוע אותו.

סיכום פעולת שני הטרנזיסטורים

מצב	התנגדות העור	מוליכות	Q1 – PNP	Q2 – NPN	תוצאה
ידיים יבשות	גבוהה	נמוכה	פעיל ודומיננטי	כמעט ואינו מוליך	צליל חלש יותר
ידיים לחות יותר	נמוכה יותר	גבוהה יותר	ממשיך להשתתף	נכנס יותר לפעולה	הצליל משתנה או מתחזק

קבל – Capacitor

קבל הוא רכיב המסוגל לאגור מטען ואנרגיה חשמלית לזמן קצר ולאחר מכן לשחרר אותם.

חשוב לדייק:

הקבל אינו "אוגר זרם".

הוא אוגר מטען חשמלי.

לקבלים שימושים רבים באלקטרוניקה:

סינון אותות
ייצוב מתח
מעגלי תזמון
יצירת השהיות
יצירת תנודות

במעגל שלנו הקבל משתתף בהתנהגות החשמלית של המערכת ובהשפעה על האות המגיע לרמקול.

רמקול

הרמקול הופך אות חשמלי לגלי קול.

בתוך הרמקול קיימת ממברנה שיכולה לנוע ולרטוט.

כאשר האות החשמלי משתנה, גם תנועת הממברנה משתנה.

התוצאה היא שינוי בצליל שאנחנו שומעים.

במערכת שלנו הרמקול משמש למעשה כמעין תצוגה קולית.

במקום לראות מספר על מסך, אנחנו שומעים את השינוי.

מקור המתח

הסוללה מספקת למעגל את האנרגיה החשמלית הדרושה להפעלתו.

לסוללה שני קטבים:

חיובי +

ו-

שלילי –

לכן חשוב מאוד לחבר אותה בכיוון הנכון בהתאם לסימון במעגל.

איך המערכת כולה פועלת?

כאשר אנחנו אוחזים בשני חוטי המגע, הגוף הופך לחלק מהמעגל החשמלי.

זרם חשמלי זעיר ובטוח שמקורו בסוללה יכול לעבור במסלול הכולל את המעגל ואת העור.

אם ההתנגדות של העור משתנה, גם הזרם והמתחים במעגל משתנים.

השינוי משפיע על הטרנזיסטורים.

כאשר המוליכות נמוכה, בעיקר הטרנזיסטור הראשון פעיל.

כאשר המוליכות עולה, גם הטרנזיסטור השני נכנס לפעולה בצורה משמעותית יותר.

הטרנזיסטורים הופכים את השינוי החשמלי הקטן לשינוי גדול יותר שניתן לשמוע ברמקול.

אפשר לתאר את כל התהליך בשרשרת אחת:

רגש או גירוי

↓

מערכת העצבים

↓

פעילות בלוטות הזיעה

↓

שינוי בכמות הלחות על העור

↓

שינוי בהתנגדות העור

↓

שינוי במוליכות

↓

שינוי באות החשמלי

↓

שינוי בפעולת הטרנזיסטורים

↓

שינוי בצליל הרמקול

זהו חיבור מרתק בין:

ביולוגיה + פיזיקה + אלקטרוניקה

בניית המערכת

מדביקים את המדבקה המצורפת לערכה על גבי לוח הקאפה.
מזהים את מיקומי הרכיבים בהתאם לתרשים.
לפני ההלחמה משווים בין כל רכיב לבין הסימון שלו במעגל.
מתקינים את הנגדים במקומות המסומנים.
מכופפים את רגלי הרכיבים בעדינות ומקבעים אותם ללוח.
מתקינים את הקבל במקום המסומן C1.
אם מדובר בקבל מקוטב, חשוב להקפיד על הכיוון הנכון.
מתקינים את הטרנזיסטור Q1 – 2N3906.
מתקינים את הטרנזיסטור Q2 – 2N3904.
חשוב מאוד לשים לב לכיוון הצד השטוח של כל טרנזיסטור בהתאם לתרשים.
מחברים את הרמקול לנקודות המסומנות.
מחברים את בית הסוללה.
החוט האדום מתחבר לקוטב החיובי.
החוט השחור מתחבר לקוטב השלילי.
מחברים את שני חוטי המגע שישמשו כחיישנים.
בודקים שכל החיבורים תקינים ושאין קצר בין מוליכים סמוכים.
רק לאחר הבדיקה מחברים את הסוללה ומפעילים את המערכת.

בטיחות

הלחמה ושימוש בדבק חם מתבצעים בהשגחת מדריך בלבד.

המערכת מיועדת לפעול באמצעות הסוללה המצורפת לערכה.

בשום מצב אין לחבר את גוף האדם או את חוטי המגע למתח רשת החשמל.

הזרם המשמש בפעילות מגיע מסוללה במתח נמוך בלבד.

ניסוי – האם הגוף מגיב?

מחזיקים את שני חוטי המגע בידיים.

ממתינים מספר שניות עד לקבלת צליל יציב.

כעת נבדוק מצבים שונים.

מצב ראשון – רגיעה

נשב בשקט.

ננשום בצורה רגועה.

ננסה להרפות את הידיים.

נקשיב לצליל.

מצב שני – הפתעה

המדריך ישאל שאלה מפתיעה.

נבדוק:

האם הצליל משתנה?

מצב שלישי – מאמץ מחשבתי

נבצע חישוב בראש.

לדוגמה:

17 × 6

או:

98 פחות 37.

נבדוק אם המאמץ המחשבתי יוצר שינוי.

מצב רביעי – רגיעה מודעת

נעצום עיניים.

ננשום לאט.

ננסה להירגע.

נבדוק אם הצליל חוזר למצב הקודם.

מצב חמישי – שינוי במוליכות

נשפשף מעט את כפות הידיים.

אפשר גם להרטיב מעט מאוד את האצבעות בטיפה של מים, הרחק מהמעגל האלקטרוני.

כעת נחזיק שוב בחוטים.

נבדוק:

האם הצליל השתנה?

הניסוי ממחיש כיצד שינוי בלחות על העור משנה את המוליכות החשמלית שלו.

משחק "חוקר התגובות"

אחד המשתתפים יוצא מהחדר.

הקבוצה בוחרת ילד או ילדה ומעבירה אליהם חפץ קטן.

החוקר חוזר לחדר.

הוא שואל את המשתתפים שאלות ומנסה לזהות אצל מי נמצא החפץ.

לפני תחילת המשחק אפשר לשאול מספר שאלות בסיסיות כדי להכיר את תגובת הגוף הרגילה של המשתתף.

לאחר מכן שואלים שאלות הקשורות לחפץ.

לדוגמה:

"החפץ אצלך?"

"האם אתה יודע אצל מי החפץ?"

"האם ראית מי קיבל את החפץ?"

כלל מדעי חשוב

אסור לקבוע שמישהו שיקר רק מפני שהצליל השתנה.

הצליל מעיד רק על:

שינוי במוליכות החשמלית של העור.

אותו שינוי יכול להתרחש בגלל:

התרגשות
פחד
מבוכה
צחוק
הפתעה
לחץ
מאמץ מחשבתי
חום
לחות
תנועה

לכן המשחק שלנו הוא:

ניסוי בחקר תגובות הגוף

ולא מבחן שקובע מי דובר אמת.

אז למה קוראים לזה "מכונת אמת"?

השם "מכונת אמת" הוא שם פופולרי, אבל מבחינה מדעית הוא אינו מדויק.

פוליגרף מקצועי אינו מודד אמת או שקר באופן ישיר.

הוא מודד שינויים פיזיולוגיים בגוף.

האדם שמבצע את הבדיקה מנסה לאחר מכן לפרש את השינויים.

לכן אי אפשר לומר:

"המכשיר הוכיח שהוא משקר."

נכון יותר לומר:

"המכשיר זיהה שינוי בתגובה הפיזיולוגית של האדם."

נקודת המפתח של השיעור

הפוליגרף שלנו אינו קורא מחשבות.

הוא מדגים משהו מעניין הרבה יותר.

הוא מראה כיצד:

רגש יכול להשפיע על מערכת העצבים.

מערכת העצבים יכולה להשפיע על בלוטות הזיעה.

הזיעה יכולה לשנות את ההתנגדות החשמלית של העור.

השינוי בהתנגדות משנה את המוליכות.

השינוי במוליכות משפיע על הטרנזיסטורים.

והטרנזיסטורים הופכים את השינוי הזעיר הזה לשינוי שאנחנו מסוגלים לשמוע ברמקול.

לסיכום

בפעילות למדנו על:

מוליכות חשמלית
התנגדות חשמלית
גוף האדם כמוליך
מערכת העצבים האוטונומית
בלוטות הזיעה
נגדים
קבלים
טרנזיסטורים
ההבדל בין NPN ל-PNP
הגברת אות חשמלי
הפיכת אות חשמלי לצליל

והכי חשוב:

המכשיר לא מגלה מה אנחנו חושבים – הוא מגלה כיצד הגוף שלנו מגיב.

והנה הסרטון

למצגת בנושא פוליגרף לחצו כאן
לפודקאסט בנושא פוליגרף ליחצו כאן

[חזרה למעלה] [הוספה למועדפים] [מפת האתר] [יצירת קשר]

עיצוב וביצוע: חיפושית מולטימדיה

לייבסיטי - בניית אתרים