tisdag 20 november 2012
Ny artikel!
Nu har den första artikeln som jag är förstaförfattare på kommit ut! Sammanfattningen kan läsas här. Det vi har gjort påminner ganska mycket om den förra artikeln, men här har vi också inkluderat protoner i våra beräkningar. Det visade sig att de också kan sätta sig i korngränserna och på så sätt göra korngränserna laddade, vilket hindrar andra protoner från att ta sig förbi.
Om rättning och rätt bedömning
För några novembergrå arbetsveckor sedan satt jag och rättade en stor hög tentor från förra läsperioden. Det är ett ibland svårt men väldigt nödvändigt arbete, som blir enklare när man kan göra sig en bra rättningsmall och har någon att diskutera de svårare bedömningarna med. Dessutom åtföljs det alltid av en del administration av typen skriva in siffror i excel-ark.
Det är där de rent praktiska problemen börjar.
Tentorna på högskolan är sen några år tillbaka anonyma. Istället för studentens namn och personnummer högst upp på pappret finns där en kod, unik för varje student som skrivit tentan. Enligt reglerna ska man rätta tentorna och sedan skicka dem till kansliet, där de vet vilken student som har vilken kod och för in resultatet i alla nödvändiga system. Anonymiseringen är till för att motverka diskriminering, såväl medveten som omedveten, på grund av ålder, kön, härkomst och annat som oftast kan utläsas ur en persons namn och personnummer. Så långt är allt gott och väl.
På den aktuella kursen har vi dock också två så kallade duggor, mindre prov utspridda under kursens gång. Duggor och inlämningsuppgifter är bra (och i regel uppskattade av studenterna) för att de ger en uppfattning om hur svår tentan kan tänkas bli och för att de motiverar studenten att börja plugga innan sista veckan. Dessutom ger de i det här fallet bonuspoäng på tentan.
Där infinner sig emellertid ett problem, för duggorna är inte anonyma. Resultatet från duggorna är associerade med studentens namn, inte den anonyma koden. Vi vet alltså inte vilka bonuspoäng som hör till vilken tenta. Kansliet vill ha tentaresultaten med bonus adderade, och studenterna vill ha sina resultat med bonuspoängen inräknade (gärna så snart som möjligt). För att kunna meddela resultat och betyg på ett smidigt sätt hade vi egentligen behövt avanonymisera tentorna. Vi har inte hittat någon bra lösning på det här problemet, vilket medför att hanteringen just nu är allt annat än smidig.
Är det värt det, då? Är risken för diskriminering så stor att de anonyma tentorna gör en väsentlig skillnad? Jag vet inte, men det finns studier (som denna) som pekar på att riskerna finns. Jag vet ingen som medvetet skulle ägna sig åt diskriminering, men å andra sidan är den här typen av diskriminering sannolikt oftast omedveten. (När jag rättar de icke-anonyma duggorna brukar jag faktiskt försöka påminna mig själv om detta ibland, i ett försök att göra mig själv medveten och därigenom minska risken.) Å andra sidan finns också viktiga examinationsformer som inte går att anonymisera, som laborationer, projektredovisningar eller muntliga tentamina. Salstentor är kanske den vanligaste examinationsformen, men det är inte den enda och den kan inte testa alla relevanta kunskaper. Därför är de andra examinationsformerna väldigt värdefulla - men kanske mer riskabla ur ett diskrimineringsperspektiv.
Jag kan faktiskt inte avgöra hur stort behovet av anonyma tentor egentligen är, men våra problem med administrationen är naturligtvis små jämfört med de problem som skulle uppstå om en grupp studenter blev systematiskt diskriminerade. Mest av allt tycker jag det är tråkigt att problemet med diskriminering över huvud taget existerar.
Det är där de rent praktiska problemen börjar.
Tentorna på högskolan är sen några år tillbaka anonyma. Istället för studentens namn och personnummer högst upp på pappret finns där en kod, unik för varje student som skrivit tentan. Enligt reglerna ska man rätta tentorna och sedan skicka dem till kansliet, där de vet vilken student som har vilken kod och för in resultatet i alla nödvändiga system. Anonymiseringen är till för att motverka diskriminering, såväl medveten som omedveten, på grund av ålder, kön, härkomst och annat som oftast kan utläsas ur en persons namn och personnummer. Så långt är allt gott och väl.
På den aktuella kursen har vi dock också två så kallade duggor, mindre prov utspridda under kursens gång. Duggor och inlämningsuppgifter är bra (och i regel uppskattade av studenterna) för att de ger en uppfattning om hur svår tentan kan tänkas bli och för att de motiverar studenten att börja plugga innan sista veckan. Dessutom ger de i det här fallet bonuspoäng på tentan.
Där infinner sig emellertid ett problem, för duggorna är inte anonyma. Resultatet från duggorna är associerade med studentens namn, inte den anonyma koden. Vi vet alltså inte vilka bonuspoäng som hör till vilken tenta. Kansliet vill ha tentaresultaten med bonus adderade, och studenterna vill ha sina resultat med bonuspoängen inräknade (gärna så snart som möjligt). För att kunna meddela resultat och betyg på ett smidigt sätt hade vi egentligen behövt avanonymisera tentorna. Vi har inte hittat någon bra lösning på det här problemet, vilket medför att hanteringen just nu är allt annat än smidig.
Är det värt det, då? Är risken för diskriminering så stor att de anonyma tentorna gör en väsentlig skillnad? Jag vet inte, men det finns studier (som denna) som pekar på att riskerna finns. Jag vet ingen som medvetet skulle ägna sig åt diskriminering, men å andra sidan är den här typen av diskriminering sannolikt oftast omedveten. (När jag rättar de icke-anonyma duggorna brukar jag faktiskt försöka påminna mig själv om detta ibland, i ett försök att göra mig själv medveten och därigenom minska risken.) Å andra sidan finns också viktiga examinationsformer som inte går att anonymisera, som laborationer, projektredovisningar eller muntliga tentamina. Salstentor är kanske den vanligaste examinationsformen, men det är inte den enda och den kan inte testa alla relevanta kunskaper. Därför är de andra examinationsformerna väldigt värdefulla - men kanske mer riskabla ur ett diskrimineringsperspektiv.
Jag kan faktiskt inte avgöra hur stort behovet av anonyma tentor egentligen är, men våra problem med administrationen är naturligtvis små jämfört med de problem som skulle uppstå om en grupp studenter blev systematiskt diskriminerade. Mest av allt tycker jag det är tråkigt att problemet med diskriminering över huvud taget existerar.
onsdag 31 oktober 2012
Kuriosa från mellan läsperioderna
Det har varit tämligen tyst här på bloggen ett tag, ännu tystare än vad det brukar vara. Detta beror på att jag har haft mer att göra än jag brukar ha, med både forskning och en hel massa undervisning (roligt, men tröttande). Jag kommer att fortsätta ha ovanligt mycket att göra ett tag till, även nu när läsperiod 1 är slut så när som på en stor hög tentor att rätta. Istället för en riktig bloggpost tänkte jag därför dela med mig av en sak som jag hittade för ett tag sen och som jag tycker är tänkvärd: En diskussion av fenomenet "open access" från (nästan) alltid lika roliga phdcomics.com.
fredag 24 augusti 2012
Den irrelevanta matematiken (igen...)
När jag kollar i bloggarkivet ser jag att det sista jag publicerade innan semestern var ett svar på en krönika i DN där krönikören ifrågasatte behovet av matematikundervisning utöver de mest basala grunderna. Han verkar ha startat en trend, för på Göteborgs-Postens hemsida finns idag en debattartikel på samma tema. Artikelförfattaren hävdar att de flesta (han exemplifierar med sjuksköterskor och poliser) aldrig behöver lösa en andragradsekvation eller räkna på vinklar i sitt yrkesliv och menar därför att man bör ta bort matematiken från gymnasiet. (Ja VARFÖR ska man lära sig nåt man inte kan tjäna pengar på?) Algebra ser han som ett kuriosa eller hobbyverksamhet, dessutom anser han att de eftergymnasiala utbildningar som idag kräver förkunskaper i matematik ska anordna de kurserna själva.
Det var framför allt en formulering i artikeln som drog till sig min uppmärksamhet, då artikelförfattaren undrar: "Vill vi ha lydiga räknestickor som gör det som maskiner ändå kan göra eller vill vi fostra människor som skall fungera i ett konkurrenskraftigt samhälle på 2000-talet?" (Magnusson 2012)
Låt oss bena upp detta lite. För det första, "det som maskiner ändå kan göra". Jag utgår från att Magnusson här syftar på datorer och då ska man vara mycket medveten om en sak: för att få maskinen att göra det du vill att den ska göra åt dig måste du förstå det du vill att den ska göra. Ska du själv programmera en rutin måste du ha en djup förståelse, ska du bara använda ett program någon annan skapat kan det räcka med lite ytligare kunskap, men för att använda programmet och tolka resultatet korrekt måste du förstå hur det fungerar. Datorer är bra på att göra saker på samma sätt gång på gång utan att göra fel, men än så länge kan de flesta datorer inte tänka åt oss.
För det andra, "lydiga räknestickor ... eller ... människor som skall fungera i ett konkurrenskraftigt samhälle". Det finns ingen verklig motsättning mellan att kunna räkna och att utöva kritiskt, analytiskt tänkande! Snarare är det så att kritiskt tänkande kräver kunskap för att utvecklas. Om du ska analysera sådana företeelser som klimatmodeller och nationalekonomi på djupet så BEHÖVER du förstå matematiken som de bygger på.
Artikelförfattaren skriver att den nya gymnasieskolan vill höja resultaten utan att höja kostnaden, enbart genom att ställa högre krav. Det är fullt möjligt att han har rätt i att det inte fungerar. Hans hävdar också att hans förslag om att slopa matematikundervisningen är lika kostnadseffektivt. Jag tror att båda varianterna är lika dumsnåla - lösningen är snarare att börja pröjsa vad bra matematikundervisning kostar.
P.S.
Av en händelse så läste jag den här artikeln under en paus på jobb, samtidigt som jag genom mitt halvöppna kontorsfönster hörde ljudet av nya studenter (så kallade nollor, om de går på Chalmers, eller recentiorer om de går på Universitetet). Dessa blivande naturvetare och ingenjörer lägger två veckor innan ordinarie kursstart på att (1) lära sig datorsystemet och (2) snabbrepetera de delar av gymnasiematten som är som mest viktiga för deras fortsatta studier. Jag ryser vid tanken på hur det skulle bli om de inte kunde det mesta av denna gymnasiematte innan. Det skulle antagligen ta mellan en och två terminer att lära sig den. Dessutom skulle det i stort sett behöva ske innan man börjar med de riktiga fysikkurserna - för att inte tala om de avancerade mattekurser som tar upp nästan halva tiden de två första åren. Jag tvivlar starkt på att någon som vill studera naturvetenskap (eller medicin, för den delen) vill förlänga sin redan långa utbildning ytterligare bara för att göra det lite lättare på gymnasiet.
Magnusson 2012, debattartikel i GöteborgsPosten 2012-08-24
Det var framför allt en formulering i artikeln som drog till sig min uppmärksamhet, då artikelförfattaren undrar: "Vill vi ha lydiga räknestickor som gör det som maskiner ändå kan göra eller vill vi fostra människor som skall fungera i ett konkurrenskraftigt samhälle på 2000-talet?" (Magnusson 2012)
Låt oss bena upp detta lite. För det första, "det som maskiner ändå kan göra". Jag utgår från att Magnusson här syftar på datorer och då ska man vara mycket medveten om en sak: för att få maskinen att göra det du vill att den ska göra åt dig måste du förstå det du vill att den ska göra. Ska du själv programmera en rutin måste du ha en djup förståelse, ska du bara använda ett program någon annan skapat kan det räcka med lite ytligare kunskap, men för att använda programmet och tolka resultatet korrekt måste du förstå hur det fungerar. Datorer är bra på att göra saker på samma sätt gång på gång utan att göra fel, men än så länge kan de flesta datorer inte tänka åt oss.
För det andra, "lydiga räknestickor ... eller ... människor som skall fungera i ett konkurrenskraftigt samhälle". Det finns ingen verklig motsättning mellan att kunna räkna och att utöva kritiskt, analytiskt tänkande! Snarare är det så att kritiskt tänkande kräver kunskap för att utvecklas. Om du ska analysera sådana företeelser som klimatmodeller och nationalekonomi på djupet så BEHÖVER du förstå matematiken som de bygger på.
Artikelförfattaren skriver att den nya gymnasieskolan vill höja resultaten utan att höja kostnaden, enbart genom att ställa högre krav. Det är fullt möjligt att han har rätt i att det inte fungerar. Hans hävdar också att hans förslag om att slopa matematikundervisningen är lika kostnadseffektivt. Jag tror att båda varianterna är lika dumsnåla - lösningen är snarare att börja pröjsa vad bra matematikundervisning kostar.
P.S.
Av en händelse så läste jag den här artikeln under en paus på jobb, samtidigt som jag genom mitt halvöppna kontorsfönster hörde ljudet av nya studenter (så kallade nollor, om de går på Chalmers, eller recentiorer om de går på Universitetet). Dessa blivande naturvetare och ingenjörer lägger två veckor innan ordinarie kursstart på att (1) lära sig datorsystemet och (2) snabbrepetera de delar av gymnasiematten som är som mest viktiga för deras fortsatta studier. Jag ryser vid tanken på hur det skulle bli om de inte kunde det mesta av denna gymnasiematte innan. Det skulle antagligen ta mellan en och två terminer att lära sig den. Dessutom skulle det i stort sett behöva ske innan man börjar med de riktiga fysikkurserna - för att inte tala om de avancerade mattekurser som tar upp nästan halva tiden de två första åren. Jag tvivlar starkt på att någon som vill studera naturvetenskap (eller medicin, för den delen) vill förlänga sin redan långa utbildning ytterligare bara för att göra det lite lättare på gymnasiet.
Magnusson 2012, debattartikel i GöteborgsPosten 2012-08-24
fredag 6 juli 2012
Matte för alla?
För några dagar sedan skrev Jonas Thente om matematik på dn.se. Närmare bestämt verkar han anse att svenska ungdomars bristande intresse för, och resultat i, matematik kan bero på att matematik helt enkelt inte är relevant längre. Han tycker visserligen att alla har användning för grundläggande matematik, "de fyra räknesätten, mått, procent och geometri". Resten kan man lära sig om man är särskilt intresserad. Däremot menar Thente att det är värre att många skolelever har problem med språket.
Om detta kan man som naturvetare säga många mer eller mindre vackra saker, vilket exempelvis astrosmurfen redan gjort (notera att jag inte påstår att jag håller med om allt astrosmurfen skriver). Eftersom det alltså redan påpekats att matematik är ett språk i sig och dessutom grunden för naturvetenskapen så tänkte jag haka upp mig på några andra saker.
En av de saker som jag hakar upp mig på är just det där med de som är särskilt intresserade av matematik. Hur vet man att man är det? Om jag bara hade exponerats för de fyra räknesätten, mått, procent och grundläggande geometri i skolan så hade jag nog inte valt en matteintensiv utbildning efter det. Jag hade antagligen trott att jag var kass på matte eftersom jag räknade relativt långsamt och vi bedömdes efter kriteriet snabbt=bra. Nu är det lyckligtvis så att det ingår lite algebra i läroplanen för grundskolan, och att lösa ekvationer är ju faktiskt roligt (eller hur?), och på den vägen är det. Min poäng är att man inte vet om man är intresserad av matematik förrän man åtminstone fått nosa på mer avancerade saker än att räkna plus, minus, gånger och delat med. För att få fram de som blir bra på matematik behöver vi låta alla testa.
Något som hänger ihop med ovanstående är sättet som matematik presenteras på i skolan. Ska man tro Thente så har ungdomarna, till skillnad från oss gamlingar, fattat att matte inte är viktigt. Men VAD är det de inte tycker är viktigt? Är det verkligen så att de har fått komma i kontakt med den logik och tillämpade matematik som är grunden för all programmering av såväl sociala medier som datorspel? Har de fått se sambandet mellan fraktaler och växter, blodkärl, bergskedjor? Matematiken bakom aktiemarknaden och nationalekonomin? Om inte så baserar de förmodligen sin bedöming på ett antal konstruerade uppgifter i en sliten bok - och då är det inte så konstigt att matte känns irrelevant. Visst, man måste traggla sig igenom de där uppgifterna för att lära sig, men de är ett medel, inte målet!
Slutligen stör det mig lite att Thente ställer undervisning i språk och matematik mot varandra, som om vi bara skulle hinna med det ena eller det andra. Jag tycker det är fel att ställa just matematik och språk mot varandra eftersom de ämnena inte bara är viktiga i sig utan också utgör grunden för att ta till sig annan kunskap. Dessutom, jag är varken pedagog eller didaktiker, men allvarligt talat: De flesta går i skolan i tolv år. Är det verkligen så illa ställt att många efter dessa tolv år varken kan Pythagoras sats eller skilja en ledarsida från en annons, ja då tror jag vi måste använda den tiden smartare.
Om detta kan man som naturvetare säga många mer eller mindre vackra saker, vilket exempelvis astrosmurfen redan gjort (notera att jag inte påstår att jag håller med om allt astrosmurfen skriver). Eftersom det alltså redan påpekats att matematik är ett språk i sig och dessutom grunden för naturvetenskapen så tänkte jag haka upp mig på några andra saker.
En av de saker som jag hakar upp mig på är just det där med de som är särskilt intresserade av matematik. Hur vet man att man är det? Om jag bara hade exponerats för de fyra räknesätten, mått, procent och grundläggande geometri i skolan så hade jag nog inte valt en matteintensiv utbildning efter det. Jag hade antagligen trott att jag var kass på matte eftersom jag räknade relativt långsamt och vi bedömdes efter kriteriet snabbt=bra. Nu är det lyckligtvis så att det ingår lite algebra i läroplanen för grundskolan, och att lösa ekvationer är ju faktiskt roligt (eller hur?), och på den vägen är det. Min poäng är att man inte vet om man är intresserad av matematik förrän man åtminstone fått nosa på mer avancerade saker än att räkna plus, minus, gånger och delat med. För att få fram de som blir bra på matematik behöver vi låta alla testa.
Något som hänger ihop med ovanstående är sättet som matematik presenteras på i skolan. Ska man tro Thente så har ungdomarna, till skillnad från oss gamlingar, fattat att matte inte är viktigt. Men VAD är det de inte tycker är viktigt? Är det verkligen så att de har fått komma i kontakt med den logik och tillämpade matematik som är grunden för all programmering av såväl sociala medier som datorspel? Har de fått se sambandet mellan fraktaler och växter, blodkärl, bergskedjor? Matematiken bakom aktiemarknaden och nationalekonomin? Om inte så baserar de förmodligen sin bedöming på ett antal konstruerade uppgifter i en sliten bok - och då är det inte så konstigt att matte känns irrelevant. Visst, man måste traggla sig igenom de där uppgifterna för att lära sig, men de är ett medel, inte målet!
Slutligen stör det mig lite att Thente ställer undervisning i språk och matematik mot varandra, som om vi bara skulle hinna med det ena eller det andra. Jag tycker det är fel att ställa just matematik och språk mot varandra eftersom de ämnena inte bara är viktiga i sig utan också utgör grunden för att ta till sig annan kunskap. Dessutom, jag är varken pedagog eller didaktiker, men allvarligt talat: De flesta går i skolan i tolv år. Är det verkligen så illa ställt att många efter dessa tolv år varken kan Pythagoras sats eller skilja en ledarsida från en annons, ja då tror jag vi måste använda den tiden smartare.
torsdag 5 juli 2012
Higgs i sikte!
Det har väl förmodligen inte undgått någon att den berömda Higgspartikeln, som ska förklara varför materia har massa och täppa till hålen i standardmodellen, kanske har observerats. Den statistiska säkerheten var aningen för låg för forskarna, men bara en aning. Pressreleasen från CERN finns här.
söndag 24 juni 2012
Sånt man trodde man visste II
Som jag tidigare skrivit om fick jag för några veckor sen en påminnelse om att vissa av de där förklaringarna som står i fysikböcker i grundskolan inte riktigt stämmer. Idag har turen kommit till fråga nr. 2, nämligen:
Hur fungerar skridskor?
a) Trycket under skenan blir så högt att vattnet smälter, och därför glider den lätt
b) Is har alltid ett tunt, tunt lager vatten ovanpå, vilket gör att friktionen minskar
c) Stål har låg friktion vid temperaturer under noll grader Celsius.
Låt oss börja med alternativ c. Friktionen mellan två fasta material är en effekt av att atomerna i de båda materialen attraherar varandra, vilket gör att man får en barriär som måste övervinnas om man vill flytta på det ena materialet i förhållande till det andra. De här effekterna kan mycket väl bero på både temperatur och hur själva ytan ser ut, men stål har inte en exceptionellt låg friktion vid låga temperaturer. Dessutom är det inte säkert att det skulle hjälpa om det hade det eftersom den friktion som ändå uppstår sannolikt skulle värma upp stålet efter ett tag.
Alternativ a är det som brukar dyka upp i läroböcker och populärvetenskapliga förklaringar. Rent intuitivt så kan det verka vettigt: Till skillnad från de flesta andra ämnen har vatten högre densitet (vikt per volymsenhet) som vätska än som fast material, så ett tillräckligt högt tryck skulle kunna få isen att smälta. Frågan är då om trycket från en person på skridskor räcker för att få isen under skridskon att smälta? Svaret på den frågan är nej. För att få is att smälta vid -1 grad Celsius behöver man öka trycket med cirka 10 atmosfärer, och så högt tryck blir det knappast under en skridsko. Dessutom åker man ju oftast skridskor när det är kallare än -1.
Återstår då alternativ b. Vilken fas ett ämne befinner sig i vid en viss temperatur beror, aningen förenklat, på dess energi och entropi. Energin är lägre för is än för vatten, men vatten har ändå lägre energi än vattenånga. Entropi är ett mått på oordning och en gas har därför högre entropi än en vätska, som har högre entropi än ett fast material. Allting strävar efter att ha låg energi och hög entropi, så dessa båda storheter balanseras mot varandra. Entropin spelar dessutom större roll ju högre temperaturen är - vid noll Kelvin är det bara lägsta möjliga energi som avgör. Att energin är så låg i fasta material beror på hur atomerna eller molekylerna som det är uppbyggt av sitter ihop, exempelvis att varje molekyl har rätt antal grannar. På materialets yta kommer det dock att finnas molekyler som saknar grannar i en riktning eftersom materialet tar slut. Energin är därför högre och då kan balansen tippa över mot ökad entropi, vilket kan medföra att det yttersta lagret smälter.
Mer om varför is är så halt finns här (på engelska).
Hur fungerar skridskor?
a) Trycket under skenan blir så högt att vattnet smälter, och därför glider den lätt
b) Is har alltid ett tunt, tunt lager vatten ovanpå, vilket gör att friktionen minskar
c) Stål har låg friktion vid temperaturer under noll grader Celsius.
Låt oss börja med alternativ c. Friktionen mellan två fasta material är en effekt av att atomerna i de båda materialen attraherar varandra, vilket gör att man får en barriär som måste övervinnas om man vill flytta på det ena materialet i förhållande till det andra. De här effekterna kan mycket väl bero på både temperatur och hur själva ytan ser ut, men stål har inte en exceptionellt låg friktion vid låga temperaturer. Dessutom är det inte säkert att det skulle hjälpa om det hade det eftersom den friktion som ändå uppstår sannolikt skulle värma upp stålet efter ett tag.
Alternativ a är det som brukar dyka upp i läroböcker och populärvetenskapliga förklaringar. Rent intuitivt så kan det verka vettigt: Till skillnad från de flesta andra ämnen har vatten högre densitet (vikt per volymsenhet) som vätska än som fast material, så ett tillräckligt högt tryck skulle kunna få isen att smälta. Frågan är då om trycket från en person på skridskor räcker för att få isen under skridskon att smälta? Svaret på den frågan är nej. För att få is att smälta vid -1 grad Celsius behöver man öka trycket med cirka 10 atmosfärer, och så högt tryck blir det knappast under en skridsko. Dessutom åker man ju oftast skridskor när det är kallare än -1.
Återstår då alternativ b. Vilken fas ett ämne befinner sig i vid en viss temperatur beror, aningen förenklat, på dess energi och entropi. Energin är lägre för is än för vatten, men vatten har ändå lägre energi än vattenånga. Entropi är ett mått på oordning och en gas har därför högre entropi än en vätska, som har högre entropi än ett fast material. Allting strävar efter att ha låg energi och hög entropi, så dessa båda storheter balanseras mot varandra. Entropin spelar dessutom större roll ju högre temperaturen är - vid noll Kelvin är det bara lägsta möjliga energi som avgör. Att energin är så låg i fasta material beror på hur atomerna eller molekylerna som det är uppbyggt av sitter ihop, exempelvis att varje molekyl har rätt antal grannar. På materialets yta kommer det dock att finnas molekyler som saknar grannar i en riktning eftersom materialet tar slut. Energin är därför högre och då kan balansen tippa över mot ökad entropi, vilket kan medföra att det yttersta lagret smälter.
Mer om varför is är så halt finns här (på engelska).
måndag 11 juni 2012
Om världens andra chans
Vill bara helt kort rekommendera en artikel av Karin Bojs i DN, om förutsättningarna inför miljömötet i Rio om någon vecka. Det verkar ha gått lite si och så med att uppfylla de löften som gavs vid det förra mötet för tjugo år sedan, mer om det kan man hitta i senaste Nature.
söndag 10 juni 2012
Sånt man trodde man visste
För en dryg vecka sedan var det vårfest med mat, mingel och quiz pǻ mitt jobb. Eftersom vi är en fysikinstitution så handlade en del av frågorna i quizet om fysik - sån där vardagsfysik som vi alla tyckte att vi kunde.
Tänk så fel man kan ha.
Några av de här frågorna gav upphov till ganska livliga diskussioner. Det var också de frågorna där ett av svarsalternativen var det som står i fysikböcker på grundskolan - och det svarsalternativet var inte rätt. Därför tänkte jag diskutera några av frågorna här. Den första är:
Föremål från rymden värms upp när de kommer in i atmosfären för att:
a. De trycker ihop luften framför sig
b. De gnids mot luften (friktion)
c. De är varma på grund av kosmisk strålning och luften isolerar dem.
Alternativ c kan uteslutas ganska lätt. Hur varmt ett föremål från rymden är torde mest bero på hur långt det är till närmaste stjärna och om det är i skuggan av nåt eller inte. Även om ett föremål från rymden (en sten, till exempel) skulle vara upphettat av den kosmiska strålningen så skulle det vara mer välisolerat, och därför förbli varmare, i vakuum. I vakuum kan stenen nämligen bara kylas ner genom att den strålar ut värmestrålning. I atmosfären kan den, förutom att ge ifrån sig strålning, också göra av med värmeenergi genom att luftmolekyler krockar med den och då kan ta med sig en del energi bort från stenen.
De andra två alternativen kan kräva lite mer eftertanke. Alternativ b är så vitt jag minns det som står i fysikböckerna i grundskolan. Man tänker sig att när molekylerna i luften krockar med stenen så bromsas den ner och rörelseenergi omvandlas till värme. Det låter ju ganska rimligt, men eftersom det är ganska långt mellan molekylerna i luften (framför allt på hög höjd) så kan man fråga sig om effekten verkligen är tillräckligt stor för att förklara att de flesta meteorer hinner förångas innan de når jordytan.
Rätt svar var alltså alternativ a. Sambandet mellan tryck, volym och temperatur i atmosfären beskrivs på ett ungefär av den ideala gaslagen
pV=NkT
där p är trycket, V volymen, N antalet partiklar och T temperaturen. Om vi antar att antalet partiklar är konstant så ser vi att det finns två sätt att höja temperaturen: vi kan öka volymen eller öka trycket (eller göra både och, eller minska det ena och öka det andra i lagom grad, men låt oss göra det lite lätt för oss). Eftersom luften framför meteoren sannolikt har gott om plats att flytta på sig kan vi anta att den håller sin volym ganska konstant. Däremot kommer den att krocka med den framrusande stenen vilket leder till en ökning av trycket, och alltså också en ökning av temperaturen. En del av denna temperaturökning kommer att överföras till stenen genom alla krockande molekyler, och så blir stenen varm.
Det ska tilläggas att några jag pratade med efter quizet tyckte att alternativ a och b egentligen inte gick att skilja åt eftersom de båda handlar om vad som händer då stenen krockar med molekyler i atmosfären, tryckökningen kan ju ses som en effekt av friktion. I alla fall får man nog tänka sig att man får ett bidrag från båda effekterna, men att alternativ a är det som dominerar.
Tänk så fel man kan ha.
Några av de här frågorna gav upphov till ganska livliga diskussioner. Det var också de frågorna där ett av svarsalternativen var det som står i fysikböcker på grundskolan - och det svarsalternativet var inte rätt. Därför tänkte jag diskutera några av frågorna här. Den första är:
Föremål från rymden värms upp när de kommer in i atmosfären för att:
a. De trycker ihop luften framför sig
b. De gnids mot luften (friktion)
c. De är varma på grund av kosmisk strålning och luften isolerar dem.
Alternativ c kan uteslutas ganska lätt. Hur varmt ett föremål från rymden är torde mest bero på hur långt det är till närmaste stjärna och om det är i skuggan av nåt eller inte. Även om ett föremål från rymden (en sten, till exempel) skulle vara upphettat av den kosmiska strålningen så skulle det vara mer välisolerat, och därför förbli varmare, i vakuum. I vakuum kan stenen nämligen bara kylas ner genom att den strålar ut värmestrålning. I atmosfären kan den, förutom att ge ifrån sig strålning, också göra av med värmeenergi genom att luftmolekyler krockar med den och då kan ta med sig en del energi bort från stenen.
De andra två alternativen kan kräva lite mer eftertanke. Alternativ b är så vitt jag minns det som står i fysikböckerna i grundskolan. Man tänker sig att när molekylerna i luften krockar med stenen så bromsas den ner och rörelseenergi omvandlas till värme. Det låter ju ganska rimligt, men eftersom det är ganska långt mellan molekylerna i luften (framför allt på hög höjd) så kan man fråga sig om effekten verkligen är tillräckligt stor för att förklara att de flesta meteorer hinner förångas innan de når jordytan.
Rätt svar var alltså alternativ a. Sambandet mellan tryck, volym och temperatur i atmosfären beskrivs på ett ungefär av den ideala gaslagen
pV=NkT
där p är trycket, V volymen, N antalet partiklar och T temperaturen. Om vi antar att antalet partiklar är konstant så ser vi att det finns två sätt att höja temperaturen: vi kan öka volymen eller öka trycket (eller göra både och, eller minska det ena och öka det andra i lagom grad, men låt oss göra det lite lätt för oss). Eftersom luften framför meteoren sannolikt har gott om plats att flytta på sig kan vi anta att den håller sin volym ganska konstant. Däremot kommer den att krocka med den framrusande stenen vilket leder till en ökning av trycket, och alltså också en ökning av temperaturen. En del av denna temperaturökning kommer att överföras till stenen genom alla krockande molekyler, och så blir stenen varm.
Det ska tilläggas att några jag pratade med efter quizet tyckte att alternativ a och b egentligen inte gick att skilja åt eftersom de båda handlar om vad som händer då stenen krockar med molekyler i atmosfären, tryckökningen kan ju ses som en effekt av friktion. I alla fall får man nog tänka sig att man får ett bidrag från båda effekterna, men att alternativ a är det som dominerar.
tisdag 22 maj 2012
Åter från konferensen
Förra veckan var jag på konferens i Strasbourg, Frankrike. Det var en stor konferens (ca 3000 deltagare) som arrangerades av European Materials Research Society. Det var på många sätt väldigt intressant och trevligt, jag fick till och med hålla en presentation - fast inte för alla 3000 utan för en mycket, mycket mindre grupp i ett symposium tillägnat protonledning i fasta material (det jag pratade om är en fortsättning på det jag beskrivit här och här).
Många andra konferensdeltagare höll väldigt spännande föredrag, men något av det mest intressanta var faktiskt att se och lyssna på personer vars artiklar jag har läst (vissa hann jag hälsa på också). Även om vetenskapliga artiklar skrivs på ett ganska standardiserat och opersonligt sätt bildar man sig en uppfattning om artikelförfattarna och deras syn på forskningsfältet, speciellt om man läst flera artiklar från samma forskargrupp. Nu har jag så att säga ansikten till några av namnen också.
Vissa föredrag på konferensen satte igång en del tankar hos mig som förhoppningsvis kommer att utmynna i bloggposter någon gång under sommaren, men det blir inte idag. Ni får nöja er med en bild av konferenscentret så länge.
Många andra konferensdeltagare höll väldigt spännande föredrag, men något av det mest intressanta var faktiskt att se och lyssna på personer vars artiklar jag har läst (vissa hann jag hälsa på också). Även om vetenskapliga artiklar skrivs på ett ganska standardiserat och opersonligt sätt bildar man sig en uppfattning om artikelförfattarna och deras syn på forskningsfältet, speciellt om man läst flera artiklar från samma forskargrupp. Nu har jag så att säga ansikten till några av namnen också.
Vissa föredrag på konferensen satte igång en del tankar hos mig som förhoppningsvis kommer att utmynna i bloggposter någon gång under sommaren, men det blir inte idag. Ni får nöja er med en bild av konferenscentret så länge.
tisdag 1 maj 2012
Sånt som också ska göras...
När jag tänker på ordet forskning associerar jag till en massa saker: att läsa vetenskapliga artiklar, programmera eller köra simuleringar, framställa och mäta på prover, visa resultat i grafer, statistik... en massa saker som man gör som forskare. Mina associationer är naturligtvis påverkade av att jag varit doktorand i snart två år så jag vet inte vad andra skulle tänka på... labbrockar och pipetter kanske?
Jag tror i alla fall inte att någon direkt tänker på att googla på hur man omvandlar figurer mellan olika filformat och färgsystem på ett bra sätt. Det är ju inte direkt forskning heller, men faktiskt något man kan bli tvungen att göra när man forskar.
När man är klar med att formulera frågeställningar, göra sina försök och analysera sin data så ska det hela presenteras för andra också. Vi är i den processen nu då vi arbetar med två artiklar till en konferens i mitten av maj. Det finns naturligtvis en ganska strikt uppsättning regler för hur en vetenskaplig artikel ser ut i allmänhet, med sammanfattning, inledning, metod och så vidare. Varje vetenskaplig tidskrift har också en uppsättning regler för hur det inskickade materialet ska se ut: Formatering av text och tabeller, filformat, numrering av stycken, et cetera. Just figurer är (enligt min uppfattning) lite extra känsligt eftersom de är viktiga för att kunna presentera resultaten på ett visst sätt. Därför har jag den gångna veckan lärt mig skillnaden på RGB och CMYK-bilder (det kokar tydligen ner till att färgerna är definierade på lite olika sätt och att RGB är bra att använda om man ska visa bilden på en skärm medan CMYK är bättre om den ska tryckas).
Man lär sig nåt nytt varje dag...
Jag tror i alla fall inte att någon direkt tänker på att googla på hur man omvandlar figurer mellan olika filformat och färgsystem på ett bra sätt. Det är ju inte direkt forskning heller, men faktiskt något man kan bli tvungen att göra när man forskar.
När man är klar med att formulera frågeställningar, göra sina försök och analysera sin data så ska det hela presenteras för andra också. Vi är i den processen nu då vi arbetar med två artiklar till en konferens i mitten av maj. Det finns naturligtvis en ganska strikt uppsättning regler för hur en vetenskaplig artikel ser ut i allmänhet, med sammanfattning, inledning, metod och så vidare. Varje vetenskaplig tidskrift har också en uppsättning regler för hur det inskickade materialet ska se ut: Formatering av text och tabeller, filformat, numrering av stycken, et cetera. Just figurer är (enligt min uppfattning) lite extra känsligt eftersom de är viktiga för att kunna presentera resultaten på ett visst sätt. Därför har jag den gångna veckan lärt mig skillnaden på RGB och CMYK-bilder (det kokar tydligen ner till att färgerna är definierade på lite olika sätt och att RGB är bra att använda om man ska visa bilden på en skärm medan CMYK är bättre om den ska tryckas).
Man lär sig nåt nytt varje dag...
lördag 14 april 2012
En bra fråga
Häromdagen när jag satt på kontoret och begrundade resultatet av en beräkning ringde telefonen. Det var en tjej som ville ha svar på en fråga av fysikalisk karaktär och på något sätt fått tag på mitt telefonnummer. Frågan var ganska intressant så jag tänkte upprepa den här.
Saken gällde energi och hur den kan finnas i olika former. Tjejen hade fått höra att värmeenergi inte kan omvandlas till andra typer av energi utan är en sorts "slutstation". Det tyckte hon var konstigt eftersom man ofta har värme som ett mellansteg i olika processer, exempelvis i kärnkraftverk där energin från fissionsreaktionen används till att koka vatten (=värme) så att ångan kan driva en turbin som genererar ström. Ett annat exempel på detta är hur rörelseenergin i vinden uppstår för att solen värmer upp olika delar av atmosfären olika mycket så att det börjar blåsa (tänk sjöbris en sommardag).
Det är dock inte den här typen av processer man syftar på när man säger att värme inte kan omvandlas till andra energislag. Exemplen ovan innehåller processer som inte är spontana i ett avskiljt system utan där det hela tiden tillförs energi till systemet från något annat energislag; kärnenergi i fallet med kraftverket och elektromagnetisk strålning i fallet med vinden. Andra energislag som exempelvis kemisk energi kan spontant omvandlas till värme - det är därför man inte bara ska lämna en trasa med linolja på var som helst. Gör man det ändå kommer den kemiska energin i linoljan spontant att börja omvandlas till värme och ljus - trasan börjar brinna. Värme i luften kan dock aldrig omvandlas till linolja, inte ens om alla ingående grundämnen finns tillgängliga.
När en process bara kan gå åt ett håll, som med linoljan, säger man att den är irreversibel. Det brukar innebära att entropin ökar under processens gång. Entropi är ett ganska abstrakt begrepp på många sätt men man brukar säga att det är ett mått på graden av oordning i ett system, ju högre entropi desto högre oordning. Entropin i ett slutet system kan aldrig minska om man inte tillför energi utifrån. Därför måste också den totala entropin i universum hela tiden öka.
Saken gällde energi och hur den kan finnas i olika former. Tjejen hade fått höra att värmeenergi inte kan omvandlas till andra typer av energi utan är en sorts "slutstation". Det tyckte hon var konstigt eftersom man ofta har värme som ett mellansteg i olika processer, exempelvis i kärnkraftverk där energin från fissionsreaktionen används till att koka vatten (=värme) så att ångan kan driva en turbin som genererar ström. Ett annat exempel på detta är hur rörelseenergin i vinden uppstår för att solen värmer upp olika delar av atmosfären olika mycket så att det börjar blåsa (tänk sjöbris en sommardag).
Det är dock inte den här typen av processer man syftar på när man säger att värme inte kan omvandlas till andra energislag. Exemplen ovan innehåller processer som inte är spontana i ett avskiljt system utan där det hela tiden tillförs energi till systemet från något annat energislag; kärnenergi i fallet med kraftverket och elektromagnetisk strålning i fallet med vinden. Andra energislag som exempelvis kemisk energi kan spontant omvandlas till värme - det är därför man inte bara ska lämna en trasa med linolja på var som helst. Gör man det ändå kommer den kemiska energin i linoljan spontant att börja omvandlas till värme och ljus - trasan börjar brinna. Värme i luften kan dock aldrig omvandlas till linolja, inte ens om alla ingående grundämnen finns tillgängliga.
När en process bara kan gå åt ett håll, som med linoljan, säger man att den är irreversibel. Det brukar innebära att entropin ökar under processens gång. Entropi är ett ganska abstrakt begrepp på många sätt men man brukar säga att det är ett mått på graden av oordning i ett system, ju högre entropi desto högre oordning. Entropin i ett slutet system kan aldrig minska om man inte tillför energi utifrån. Därför måste också den totala entropin i universum hela tiden öka.
lördag 17 mars 2012
Det lutar åt det tråkiga svaret...
Detta är visserligen långt utanför mitt område, men jag vill ändå dela med mig av ett pressmeddelande från CERN angående de snabbflygande neutrinerna från förra året. Neutriner är yttepyttesmå, neutrala elementarpartiklar med väldigt liten massa som samverkar väldigt lite med saker omkring dem. Förra året mätte en mätstation under namnet OPERA hastigheten på en puls av neutriner från CERN och kom fram till att de färdats dit med en hastighet som överskrider ljusets, vilket borde vara omöjligt enligt de teorier vi har idag om hur världen fungerar. Nu har en annan mätstation, ICARUS, gjort en mätning på en motsvarande puls av neutriner och fått en hastighet som underskrider ljusets. Dessutom har OPERA-projektet identifierat två mättekniska svårigheter som måste kontrolleras, vilket de tydligen ska göra någon gång i maj. Det lutar alltså åt att fysiken fungerar som vi trodde i det här fallet. Trots att det kanske varit roligare om Einstein haft fel...
torsdag 8 mars 2012
Obligatoriska svettringar?
De senaste veckorna har jag på min fritid gått en kurs i kreativt skrivande. Efter förra kurstillfället pratade jag lite med en av de andra deltagarna, en trevlig något äldre dam som arbetar som lärare. Det föll sig så att hon frågade vad jag arbetar med och jag förklarade att jag är doktorand i teoretisk fysik.
- Ja, det är ju det värsta... då måste du ha svett under armarna, replikerade damen.
- Tja... det kanske jag har i och för sig, sade jag lite förvånat.
- Jamen du vet, teoretiska fysiker är ju ofta killar med svettringar under armarna.
Jag blev inte speciellt förvånad över själva åsikten, även om sättet den framfördes på var ovanligt spontant. Bilden av fysikern som en man med ganska litet intresse för utseende och liknande är ganska vanligt förekommande, och när man tänker efter så är ju faktiskt de flesta av mina kollegor män (några framträdande svettringar har jag inte lagt märke till).
Man kan ju fråga sig varför det är så? Något som fortfarande brukar komma upp är eventuella biologiska skillnader mellan den manliga och kvinnliga hjärnan, där den manliga skulle vara bättre utrustad för logik och matematik, och därmed för naturvetenskap. Det har skrivits mycket om detta, oftast i ett väldigt uppskruvat tonläge både från de som hävdar att skillnaderna är viktiga och de som hävdar att de inte är det. Mer sansade bedömningar pekar dock på att skillnaderna i kognitiv förmåga är ganska små: Män har generellt lite lättare att orientera sig i rummet och skulle därför kunna vara bättre på geometri medan kvinnor överlag har en starkare språklig förmåga och bättre minne (egenskaper som också kan vara till hjälp i en vetenskaplig karriär, för övrigt). Lägger man ihop detta med att graden av begåvning är mer spridd hos män kan man kanske ana att riktiga supergenier på det matematiska området oftare är män.
I detta sammanhang är det viktigt att komma ihåg två saker: Att kvinnliga genier kan vara ovanligare betyder inte att de inte finns. Världens första programmerare Ada Lovelace och matematikern Emmy Noether kan nog aspirera på genistatus, liksom Marie Curie som lyckades med konststycket att få Nobelpris två gånger. För det andra måste man inte vara ett supergeni för att lyckas inom matematik och naturvetenskap. Om alla fysiker var tvungna att hålla Einsteins eller Hawkings nivå skulle många av mina kollegor få ge upp, både manliga och kvinnliga. Det faktum att det finns många framgångsrika kvinnliga forskare visar helt enkelt att kvinnor kan - punkt.
Så varför så få kvinnliga fysiker? Jag tror att det kan ha med just bilden av fysikern att göra. Min kurskamrat på Kreativt skrivande måste ju inte vara representativ för vad alla tror, men en fjorton-femtonåring som ska välja utbildning och som får höra att alla fysiker är män med svettringar under armarna blir nog inte så attraherad av yrket. Personer i omgivningen med samma bild av hur en fysiker är kanske inte är så positiva heller. Jag tycker det är tråkigt att fysik och naturvetenskap över huvud taget så ofta associeras med enbart män, inte för att alla kvinnor måste bli naturvetare utan för att det riskerar att skrämma bort personer som hade kunnat bli utmärkta fysiker, kemister, matematiker, biologer och ingenjörer. Med eller utan svettringar under armarna.
- Ja, det är ju det värsta... då måste du ha svett under armarna, replikerade damen.
- Tja... det kanske jag har i och för sig, sade jag lite förvånat.
- Jamen du vet, teoretiska fysiker är ju ofta killar med svettringar under armarna.
Jag blev inte speciellt förvånad över själva åsikten, även om sättet den framfördes på var ovanligt spontant. Bilden av fysikern som en man med ganska litet intresse för utseende och liknande är ganska vanligt förekommande, och när man tänker efter så är ju faktiskt de flesta av mina kollegor män (några framträdande svettringar har jag inte lagt märke till).
Man kan ju fråga sig varför det är så? Något som fortfarande brukar komma upp är eventuella biologiska skillnader mellan den manliga och kvinnliga hjärnan, där den manliga skulle vara bättre utrustad för logik och matematik, och därmed för naturvetenskap. Det har skrivits mycket om detta, oftast i ett väldigt uppskruvat tonläge både från de som hävdar att skillnaderna är viktiga och de som hävdar att de inte är det. Mer sansade bedömningar pekar dock på att skillnaderna i kognitiv förmåga är ganska små: Män har generellt lite lättare att orientera sig i rummet och skulle därför kunna vara bättre på geometri medan kvinnor överlag har en starkare språklig förmåga och bättre minne (egenskaper som också kan vara till hjälp i en vetenskaplig karriär, för övrigt). Lägger man ihop detta med att graden av begåvning är mer spridd hos män kan man kanske ana att riktiga supergenier på det matematiska området oftare är män.
I detta sammanhang är det viktigt att komma ihåg två saker: Att kvinnliga genier kan vara ovanligare betyder inte att de inte finns. Världens första programmerare Ada Lovelace och matematikern Emmy Noether kan nog aspirera på genistatus, liksom Marie Curie som lyckades med konststycket att få Nobelpris två gånger. För det andra måste man inte vara ett supergeni för att lyckas inom matematik och naturvetenskap. Om alla fysiker var tvungna att hålla Einsteins eller Hawkings nivå skulle många av mina kollegor få ge upp, både manliga och kvinnliga. Det faktum att det finns många framgångsrika kvinnliga forskare visar helt enkelt att kvinnor kan - punkt.
Så varför så få kvinnliga fysiker? Jag tror att det kan ha med just bilden av fysikern att göra. Min kurskamrat på Kreativt skrivande måste ju inte vara representativ för vad alla tror, men en fjorton-femtonåring som ska välja utbildning och som får höra att alla fysiker är män med svettringar under armarna blir nog inte så attraherad av yrket. Personer i omgivningen med samma bild av hur en fysiker är kanske inte är så positiva heller. Jag tycker det är tråkigt att fysik och naturvetenskap över huvud taget så ofta associeras med enbart män, inte för att alla kvinnor måste bli naturvetare utan för att det riskerar att skrämma bort personer som hade kunnat bli utmärkta fysiker, kemister, matematiker, biologer och ingenjörer. Med eller utan svettringar under armarna.
tisdag 7 februari 2012
Ett litet steg för vetenskapen men ett stort steg för doktoranden
I veckan som gått nåddes jag av den glada nyheten att min första artikel (nåja, den första artikeln jag är med på - en kollega är synnerligen välförtjänt förste författare) har publicerats. Den handlar om bariumzirkonat och tänkbara förklaringar till varför korngränserna har så dålig protonledningsförmåga, som jag skrev om i mitt förra inlägg här.
I kort sammanfattning så har vi kollat på om så kallade syrevakanser gillar att sitta i korngränserna i bariumzirkonat och hur det i så fall påverkar protonerna. Syrevakanser är när en plats i materialet som borde ha innehållit en syreatom är tom. Syrejonen har en elektrisk laddning på minus två elementarladdningar eftersom den har två extra elektroner, så när den försvinner ser det ut som om tomrummet den lämnar är positivt laddat. Om syrevakanser har lägre energi i korngränsen än i resten av materialet, vilket de verkar ha, så kommer de att samlas där och korngränsen blir positivt laddad. Protonerna, som också är positivt laddade, kommer att stötas bort av den positiva korngränsen och får då svårt att ta sig förbi den vilket sänker ledningsförmågan.
Artikeln är, som de flesta vetenskapliga artiklar, tyvärr inte öppen för allmänheten. Man kan dock alltid läsa den korta sammanfattningen eller abstract.
I kort sammanfattning så har vi kollat på om så kallade syrevakanser gillar att sitta i korngränserna i bariumzirkonat och hur det i så fall påverkar protonerna. Syrevakanser är när en plats i materialet som borde ha innehållit en syreatom är tom. Syrejonen har en elektrisk laddning på minus två elementarladdningar eftersom den har två extra elektroner, så när den försvinner ser det ut som om tomrummet den lämnar är positivt laddat. Om syrevakanser har lägre energi i korngränsen än i resten av materialet, vilket de verkar ha, så kommer de att samlas där och korngränsen blir positivt laddad. Protonerna, som också är positivt laddade, kommer att stötas bort av den positiva korngränsen och får då svårt att ta sig förbi den vilket sänker ledningsförmågan.
Artikeln är, som de flesta vetenskapliga artiklar, tyvärr inte öppen för allmänheten. Man kan dock alltid läsa den korta sammanfattningen eller abstract.
torsdag 2 februari 2012
Jakten på den perfekta elektrolyten
Ibland måste man stanna upp och fråga sig vad som är intressant med det man forskar på. Ibland ställer man frågan för att påminna sig själv och ibland måste man förklara det för andra - i inledningen på en artikel eller avhandling, till exempel. Jag har under en längre tid varit sysselsatt med att skriva på en artikel och har dessutom börjat skriva på min licentiatuppsats (licentiat = halvvägs till doktor) så jag borde veta vad det är som är intressant med bariumzirkonat. Nu ska vi se om jag kan skriva ner det här också.
Bariumzirkonat är framför allt intressant för att man tror att man ska kunna använda det som elektrolyt i bränsleceller. En bränslecell omvandlar den kemiska energin i ett bränsle (oftast vätgas) till elektrisk energi. Mer exakt så kommer vätgasen till anoden, där den delas upp i elektroner och atomkärnor som i fallet väte består av en enda proton. Elektronen färdas sedan genom en elektrisk krets, där den exempelvis kan driva en elmotor, till katoden. Där reducerar den syrgas till syrejoner. Vad som händer sedan beror lite på vilken sorts elektrolyt man använder. Om bränslecellen innehåller en protonledande elektolyt (som till exempel NAFION) kommer protonerna att ha färdats genom elektrolyten medan elektronerna gick genom kretsen. Då kan elektroner och protoner förenas med syre på katodsidan och försvinna iväg i form av vatten. Använder man istället en syrejonledare som yttrium-stabiliserad zirkoniumdioxid så vandrar syrejonerna istället över till anodsidan och förenas med protonerna där. Slutprodukten är även här vatten.
Så långt är allt väl... Problemet (eller ett av problemen) är temperaturen. NAFION och besläktade material fungerar bara under 100 grader Celsius eftersom de måste innehålla flytande vatten, vilket begränsar cellernas effektivitet. Syrejonledarna har bara tillräckligt hög ledningsförmåga över 800 grader Celsius, vilket är lite väl varmt att ha i exempelvis en bil. Den idealiska temperaturen ligger nånstans däremellan, i spannet 100-500 grader. Att bariumzirkonat är intressant beror på att materialet har potential att kunna leda protoner från anoden till katoden vid en lagom temperatur. Det finns dock en liten hake: Ledningsförmågan är bara tillräckligt bra där materialets struktur är nästan perfekt. I ett verkligt material är inte strukturen perfekt och framför allt vimlar det av så kallade kongränser, eller områden där kristallstrukturen byter riktning. De minskar protonledningsförmågan ganska kraftigt, och man vet inte riktigt varför - men vi försöker ta reda på det.
Bariumzirkonat är framför allt intressant för att man tror att man ska kunna använda det som elektrolyt i bränsleceller. En bränslecell omvandlar den kemiska energin i ett bränsle (oftast vätgas) till elektrisk energi. Mer exakt så kommer vätgasen till anoden, där den delas upp i elektroner och atomkärnor som i fallet väte består av en enda proton. Elektronen färdas sedan genom en elektrisk krets, där den exempelvis kan driva en elmotor, till katoden. Där reducerar den syrgas till syrejoner. Vad som händer sedan beror lite på vilken sorts elektrolyt man använder. Om bränslecellen innehåller en protonledande elektolyt (som till exempel NAFION) kommer protonerna att ha färdats genom elektrolyten medan elektronerna gick genom kretsen. Då kan elektroner och protoner förenas med syre på katodsidan och försvinna iväg i form av vatten. Använder man istället en syrejonledare som yttrium-stabiliserad zirkoniumdioxid så vandrar syrejonerna istället över till anodsidan och förenas med protonerna där. Slutprodukten är även här vatten.
Så långt är allt väl... Problemet (eller ett av problemen) är temperaturen. NAFION och besläktade material fungerar bara under 100 grader Celsius eftersom de måste innehålla flytande vatten, vilket begränsar cellernas effektivitet. Syrejonledarna har bara tillräckligt hög ledningsförmåga över 800 grader Celsius, vilket är lite väl varmt att ha i exempelvis en bil. Den idealiska temperaturen ligger nånstans däremellan, i spannet 100-500 grader. Att bariumzirkonat är intressant beror på att materialet har potential att kunna leda protoner från anoden till katoden vid en lagom temperatur. Det finns dock en liten hake: Ledningsförmågan är bara tillräckligt bra där materialets struktur är nästan perfekt. I ett verkligt material är inte strukturen perfekt och framför allt vimlar det av så kallade kongränser, eller områden där kristallstrukturen byter riktning. De minskar protonledningsförmågan ganska kraftigt, och man vet inte riktigt varför - men vi försöker ta reda på det.
Prenumerera på:
Inlägg (Atom)