2013-07-24

DSC WTF

Kun kaikki gradun lähdeteokset ovat englanninkielisiä, tulee joskus vaikeuksia kirjoittaa hyvää ja tieteellisesti täsmällistä suomea. Mitä mahtaa olla Differential Scanning Calorimetry suomeksi? Labrassa sitä kutsutaan vain DSC:ksi.

Ilmeisesti virallinen nimi on differentiaalinen pyyhkäisykalorimetria. Humanistien kirjoittaman nettisanakirjan tarjoama apu nauratti.



Yrittääkö joku kirjoittaa DSC:stä runoa?

2013-07-23

Alkoholikulttuuria

Wali Hashi uskaltautui kritisoimaan suomalaista alkoholikulttuuria. Kuluneen vitsin mukaan suomalaiset haluavat aina tietää, mitä toiset meistä ajattelevat, ja yllättävän hyvin tämä tieto on tällä kertaa otettu vastaan. Kommenttiketjun ensimmäiset kirjoitukset ovat samaa mieltä: eihän siinä ole mitään järkeä, että juopottelu on sosiaalisesti hyväksytty harrastus, ja alkoholista kieltäytymistä joutuu selittelemään.

Peruspalveluministeri Susanna Huovinen haluaakin vähentää alkoholin kokonaiskulutusta hintaa nostamalla ja saatavuutta vaikeuttamalla. Epäilemättä kansan mielessä peruspalveluministerin tehtävänimike muuttuu pikapuoliin kukkahattu- ja holhousministeriksi. Eräs kaverini filosofoi, että joka kerta, kun Suomessa alkoholin hinta laskee, kulutus kasvaa. Sitten, kun Suomesta ostetun alkoholin hinta nousee entiselle tasolleen, kulutus ei laske, vaan tuonti Virosta kasvaa. Tästä voi päätellä, mitä tapahtuu, kun hintaa hilataan muutaman kerran ylös ja alas, kun jokainen ministeri haluaa saada aikaan jonkin muutoksen suomalaisten juomistavoissa.

Juhani Seppänen kirjoitti kirjassaan Selvästi juovuksissa osuvasti alkoholista. Lääkärin näkökulmasta suurkulutuksen rajana pidetyt 24 annosta viikossa miehille ja 16 naisille ovat enemmän tai vähemmän hihasta vetäistyt. (Joitko viime viikolla vain 23 pientä kaljaa? Sitten ei ole syytä huoleen, jatka samalla tavalla!) Jos alkoholin haittavaikutuksia arvioitaisiin samalla tavalla kuin lääkkeiden, eli eläinkokeiden perusteella ja virherajat varmasti turvallisempaan suuntaan pyöristäen, lääkärit suosittelisivat nauttimaan enintään ruokalusikallisen olutta tai teelusikallisen viiniä vuorokaudessa. Suuremmista annoksista saattaa aiheutua häiriöitä keskushermoston ja maksan toimintaan.

Muiden lääkkeiden tapauksessa keskushermoston lamaantumista ja siitä aiheutuvia keskittymisvaikeuksia, aistiharhoja, sssheeevvässhti artikuloimissshen vaikeukssshia ja impulssikontrollin heikentymistä pidettäisiin hyvinkin kiusallisina sivuvaikutuksina, mutta alkoholin nauttimisessa ne ovat toiminnan tarkoitus. Vai juoko joku olutta tai hyviä viinejä vain maun vuoksi? Sitten varmaan alkoholiton olut tai alkoholiton viini osuu loistavaan markkinarakoon: maistelija voi juoda miten paljon haluaa ilman, että antaa huonoa esimerkkiä lapsille tai vaarantaa kykynsä ajaa autoa. Kuulostaako kuivalta kuin teekkarivitsi alkoholittomasta Koskenkorvasta?

Rohkenen väittää, että suomalaiset juovat alkoholia pääasiassa kahdesta syystä. Ensimmäinen syy on se, että niin kuuluu tehdä, koska Kaikki Muutkin juovat. Vertaisryhmän painostuksesta varoitellaan yleensä teinejä, mutta eivät aikuisetkaan ole sille immuuneja. Osaatteko kuvitella häihin, aikuisten synttäreille tai pikkujouluihin niin hauskan ohjelman, ettei kukaan ehdi kiinnittää huomiota siihen, ettei alkoholia tarjoilla? Tietyissä juhlissa kuuluu asiaan, että alkoholia on tarjolla, koska Kaikki Muutkin tarjoavat alkoholia vastaavissa juhlissa.

Toinen syy on se, että aikuiset haluavat tulla lapsiksi jälleen. Mitä enemmän promilleja ihmisellä on veressään, sitä useamman vuoden hän nuortuu. Ensin katoaa kyky ajatella kypsästi, sitten kyky ja lupa ajaa autoa. Teinin tasolle päästessään humalainen aikuinen tuntee itsensä haavoittumattomaksi ja uhmakkaaksi, mutta hänellä on suuri tarve tehdä jotain, joka ällistyttäisi kavereita. Jos juominen nuoruuden lähteestä jatkuu, katoaa pelko julkisesti laulamista kohtaan, itsenäisesti syöminen ei enää onnistu, ja mielipaha ilmaistaan nyrkkitappelulla. Taantumista tapahtuu myös siisteyskasvatuksessa ja kävelemisessä. Ja seuraavana aamuna tuntuu syystäkin siltä, kuin olisi ikääntynyt 30 vuotta yhdessä yössä.

Perinteinen alkoholivalistus keskittyy varoittamaan ihmisiä siitä, että jos he juopottelevat, he ovat vaarassa päätyä tekemään jotain hölmöä, kuten kiipeämään luvatta työmaanosturin huipulle, harrastamaan esiaviollista seksiä tai laulamaan karaokea julkisella paikalla. Ongelma on siinä, että iso osa ihmisistä haluaa kiivetä luvatta jonnekin, harrastaa seksiä tai laulaa karaokea, mutta ei uskalla tehdä sitä selvin päin. Siksi jotkut tarvitsevat alkoholia voidakseen pitää hauskaa. Miten olisi vappu raittiina? (Tätä pitäisi joskus kokeilla, ihan vain nähdäkseni, hämmästyisivätkö poliisit pidättäessään känniääliön sijasta raitisääliön.)

Suomessa ei juoda poikkeuksellisen paljon alkoholia, mutta täällä päihtyneenä on sallittua paitsi näyttäytyä toisten seurassa, myös tehdä kaikkea sitä, mitä hillityn ja järkevän suomalaisen ei tavallisesti ole sallittua tehdä. Kun tätä hillittömyyden ainoaa ilmaisukanavaa yritetään noin kerran ministerikaudessa hillitä, kansa purnaa holhouksesta. "Taas tehdään alkoholin juominen hankalaksi meille kohtuukäyttäjille, vaikka ne ongelmakäyttäjät ovat ihan muualla!"

Juhani Seppäsen mukaan suomalainen alkoholilainsäädäntö on omituinen sekoitus sallimista ja kieltämistä siksi, että kansan vaatimuksesta lainsäätäjät yrittävät ensisijaisesti turvata alkoholin mahdollisimman helpon saatavuuden "minulle, joka olen kohtuukäyttäjä", ja sen ohella rajoittaa alkoholin saatavuutta "niiltä ongelmakäyttäjiltä". "Ne ongelmakäyttäjät" tunnistaa siitä, että he ovat päihtyneempiä kuin minä. He eivät pysty olemaan ilman alkoholia, eivätkä tajua riippuvuuttaan itse. Ja on kamalan holhoavaa, että minä, kohtuukäyttäjä, joudun olemaan jossakin tilanteessa ilman alkoholia, jotta ne ongelmakäyttäjät saataisiin hetkeksi kuiville. Kyllä minun pitäisi voida juoda missä tahansa, koska en minä ole alkoholiriippuvainen. (Wait, what?)

Suomalainen alkoholikulttuuri muuttuu sitten, kun "kaikki me kohtuukäyttäjät" pidämme "niiden ongelmakäyttäjien" auttamista tärkeämpänä kuin mahdollisuutta juoda oma kohtuullinen annoksemme missä ja milloin tahansa. Voimme ottaa ihan vain yhden alkoholittoman juoman, tämän kerran, seuran vuoksi, kun ei seuralainenkaan juonut alkoholia, ei se vielä kohtuukäyttöä vaaranna. Jos "näissä tilaisuuksissa alkoholin juominen kuuluu asiaan, koska Kaikki Muutkin" ei ole teinille kelvollinen syy juoda, niin ei se ole aikuisellekaan.

Kelvollinen, tai ainakin rehellinen, syy nauttia alkoholia on halu kokea lieviä aistiharhoja, tuntea olonsa lämpimäksi ja pörröiseksi ja luopua tilapäisesti osasta arvostelukykyään. Sellaisia tilanteita tulee joskus meille kohtuukäyttäjille.
Laphroaig single-malt scotch, however, is a solution. It’s about 43% ethanol, the rest is mostly water.  Because water is present in the highest amount, water is the solvent and ethanol is the solute. [Lähde: http://thefinchandpea.com/2012/12/01/science-caturday-is-alcohol-the-solution/] 
Lasten alkoholivalistuksessa puolestaan pitäisi varoa luomasta sellaista mielikuvaa, että alkoholin käyttäminen olisi aikuisten juttu tai liittyisi jotenkin kykyyn tehdä itsenäisiä päätöksiä. Yhteistä pähkäiltävää riittää sekä lapselle että vanhemmalle, kun yritetään ymmärtää, miksi aikuiset juovat alkoholia päästäkseen hetkeksi eroon aikuisen oikeuksistaan ja kyvystään tehdä itsenäisiä päätöksiä. Ja jos haluaa opettaa lapselle, että päätöntä sekoilua voi harrastaa isonakin ilman alkoholia, se kannattaa osoittaa omalla esimerkillä.

2013-07-20

Palvelukseen halutaan: palkanlaskija

Avopuolison pohjoisnavalla asuva ryyppykaveri Motoristi tuli pariksi päiväksi kylään. Veimme hänet Kyläkapakkaan, koska siellä on kohtuuhintaista juotavaa, ystävällinen baarimikko ja mielenkiintoisia ihmisiä.

Motoristi ihastui baaritiskille jonottaneesta naisseurueesta yhteen yksilöön jo ennen kuin sai kaljansa tilatuksi. Ihastus ihmetteli lopulta baaritiskiltä terassille asti päästyään, että hän lähti likkakavereidensa kanssa Kyläkapakkaan lasilliselle ilman meikkiä ja korkokenkiä, ja jotenkin tuli nyt sitten iskeneeksi täältä Motoristin. Likkakavereista yksi oli minun kaverinkaverini, joten haalimme yhden pöydän ympärille lisää tuoleja ja yhdistimme seurueet.

Ilta jatkui terassilla melko pitkään siitä huolimatta, että Motoristin ihastuksen täytyi olla seuraavana päivänä kello 12 lähtevässä junassa. Motoristi yritti suostutella ihastuksen vaihtamaan lippunsa myöhempään junaan. VR:lle muutos olisi ehkä sopinutkin, mutta ihastukselle ei. Hän selitti olevansa ammatiltaan palkanlaskija, ja siinä vaiheessa, kun palkanlaskija on kirjannut aikataulusuunnitelmansa Excel-taulukkoon, sitä ei voida enää muuttaa.

Seuraavana päivänä meidän aikataulusuunnitelmamme siksi päiväksi havaittiin hyvinkin muuttuviksi. Ei tullut Motoristille ajopäivää eikä minulle gradunkirjoituspäivää, vaan aamukahvista alkoi selvästi hyvä päivä. Myöhemmin totesin, että graduni etenemiselle olisi hyväksi, jos minunkin aikataulusuunnitelmani olisi kirjattuna jonkun palkanlaskijan Excel-taulukkoon, ja jolle joutuisin raportoimaan työaikakirjanpitoni. Tarvitsen avukseni jonkun toimistobyrokraatin, jonka käsissä suunnitelma tulee lihaksi.

2013-07-11

Auton huoltoa

Mikä pieni riesa estää autolla ajamisen pahemmin kuin yksi jumittava ruuvi?
- Puolikas jumittava ruuvi.

Humanistiprofessorin mielestä tänään oli hyvä päivä tehdä Harrasteautolle tee-se-itse-huolto. Meillä on Harrasteauton kanssa jo 20 vuoden vankka kokemus siitä, että tee-se-itse-huollossa tulee yleensä aina jotain yllättäviä vastoinkäymisiä. Joskus tulee myös odottamattomia yllättäviä vastoinkäymisiä. Auto on kuitenkin lujaa tekoa, koska se edelleen käy ja kukkuu 20 vuoden huoltotoiminnasta huolimatta.

Pieni metallinkappale, jonka tieteellinen nimi on jarrunesteen ilmausruuvi, voi jumittaessaan estää ilmakuplien poistamisen jarrunesteen seasta. Ilmakuplat jarrunesteessä puolestaan estävät jarruja toimimasta: jarrupolkimen voi kyllä painaa pohjaan, mutta mitään ei tapahdu. Muutama gramma ilmaa väärässä paikassa riistää kuljettajalta mahdollisuuden hallita tonnin metallikappaleen liikettä, sillä toisin kuin lukiofysiikan ideaalinesteet, ilma on kokoonpuristuvaa.

Tavanomaisena yllättävänä vastoinkäymisenä jarrunesteen ilmausruuvi katkesi, kun sitä yritettiin avata. Odottamattomana yllättävänä vastoinkäymisenä edes ruuvin jäänteiden poraaminen pois paikaltaan ei tuottanut tulosta. Lopulta jouduttiin ostamaan uusi jarrusatula korvaamaan se yksilö, jossa ruuvin jäänteet olivat jumissa.

Humanistiprofessorin käsitys työturvallisuudesta on aika suurpiirteinen. Jos autotalli kuuluisi jonkun työsuojelutarkastajan valvontapiiriin, tarkastaja vaatisi metallin poraajalle suojalasit ja poraamista tarkkailevalle yleisölle kuulosuojaimet. Minä ehdotin, että jäteöljypurkkeihin kirjoitettaisiin paksulla mustalla permanenttitussilla "JÄTE", mutta Humanistiprofessorin mielestä sille ei ollut tarvetta. Hän kyllä tietää, missä astiassa on uutta öljyä ja missä jätettä, koska säilyttää niitä eri hyllyillä autotallissa.

Tavallisesta tee-se-itse-huollosta poiketen pääsin huollon jälkeen ajamaan Harrasteautolla kotiin. Huollosta huolimatta sekä kytkin että jarrut tuntuivat toimivan.

Viime vuosina olen oppinut, että ennen digitaalisten laitteiden huoltamista niiden sisällöstä otetaan varmuuskopiot. Harmi, että en voi ottaa varmuuskopiota myös autosta silloin, kun se toimii. Auton huollossa tulee ennemmin tai myöhemmin tilanne, jossa olisi hyödyllistä, että ruuvimeisselissä ja jakoavaimessa olisi Ctrl+Z-toiminto. Silloin olisi kätevää, jos voisi varmuuskopion avulla palauttaa auton käyttökelpoiseen tilaan.

Arkhimedeesta Brunauer-Emmett-Telleriin

Peruskoulun fysiikanopettajani opetti, että jos jonkin kappaleen muoto on niin epämääräinen, että sitä ei voida laskea kaavalla
tilavuus = pituus * leveys * korkeus eli V = a*b*c

niin se voidaan mitata Arkhimedeen menetelmällä
veteen upotettu kappale syrjäyttää oman tilavuutensa verran vettä.
Täytyy siis täyttää kappaletta suurempi astia piripintaan vedellä, upottaa kappale astiaan, kerätä reunan yli valunut vesi talteen ja mitata veden määrä. Tuloksena saadaan kappaleen tilavuus.

Opettaja opetti myös, että oman kämmenen pinta-alan voi määrittää karkeasti piirtämällä sen ääriviivat ruutupaperille, ja laskemalla kuvion sisälle jäävät ruudut. Opimme myös approksimoimaan mittaustarkkuuden rajoissa: kaikki osittain kuvion sisälle jäävät ruudut lasketaan puolikkaina, vaikka osa niistä on suurempia ja osa pienempiä kuin puolikas. Virheet kuitenkin suunnilleen kumoavat toisensa.

Lopuksi fysiikanopettajamme kysyi, miten voidaan määrittää sen tilavuusmittauksessa käytetyn epämääräisen muotoisen kappaleen pinta-ala. Opettajan malliratkaisu oli
en minä vaan ossaa.
Hän halusi ilmeisesti kompakysymyksellä havahduttaa oppilaat pohtimaan sitä, etteivät fysiikan laskukaavat ja mittausmenetelmät suinkaan ole taivaasta annettuja, eikä kaikkia ongelmia osata vielä ratkaista. Minä jäin miettimään, kuinka tarkan tuloksen saisi käärimällä kappaleen ympärille yhden kerroksen ruutupaperia, tai mittaamalla, kuinka paljon maalia tarvittaisiin sen maalaamiseen, jos maalin riittoisuus on 7m^2/litra.

Ehkä opettaja ei tiennyt, tai ehkä hän katsoi parhaaksi olla hämmentämättä seiskaluokkalaisia kertomalla Brunauer-Emmett-Teller-menetelmästä, joka julkaistiin vuonna 1938 Journal of the American Chemical Society -lehdessä. BET-menetelmä vaatii vähän monimutkaisempia mittauksia ja niiden matemaattista tulkintaa kuin Arkhimedeen menetelmä, joten on ymmärrettävää, että se keksittiin vasta noin 2200 vuotta myöhemmin. Periaate on sama kuin minun maaliratkaisussani, mutta tarkkuus paljon parempi: mitataan, kuinka monta molekyyliä kuluu, kun epämääräisen muotoinen kappale päällystetään yhdellä molekyylikerroksella, ja lasketaan
yhden molekyylin viemä pinta-ala * molekyylien määrä = kappaleen pinta-ala.
Yhden molekyylin koko voidaan arvioida, jos tunnetaan mittausaineen tiheys ja moolimassa. Jos molekyyli on muodoltaan sotkuinen hässäkkä, onnistumistarkkuus on vähän sinnepäin.

Yhdellä molekyylikerroksella päällystäminen onnistuu, kun mittaukset tehdään lähellä kaasun tiivistymislämpötilaa - esimerkiksi typellä noin 90 kelvinasteen eli -180 celsiusasteen lämpötilassa - ja niin pienellä paineella, että oikeastaan mittauslaitteiston sisällä vallitsee tyhjiö. Tutkittavan kappaleen päälle valutetaan vähitellen kaasua, joka tiivistyy sen pinnalle molekyylikerros toisensa päälle. Lopulta mittaustuloksista tulkitaan, kuinka paljon kaasua oli kulutettu siinä kohtaa, kun ensimmäinen kerros tuli täyteen.

BET-menetelmän rajoitukset tulevat vastaan, jos tutkittava epämääräisen muotoinen kappale muistuttaa muodoltaan Sierpinskin pesusientä. Jos päällystämiseen käytettävä molekyyli on hyvin suuri, se ei mahdu pienimpiin pinnan koloihin, joten niiden osuus jää mittaamatta. Tulos on väärä samalla tavalla ja samasta syystä kuin minun ruutupaperiratkaisussani.

Tutkimani huokoinen pii muistuttaa kyllä pesusientä, mutta sen ominaispinta-ala 260m^2/g on vielä mielekästä mitata BET-menetelmällä. Ruutupaperilla ja maalilla ei päästä edes lähelle oikeaa suuruusluokkaa. Ja tilavuusmittauksessa Arkhimedeen menetelmällä joudutaan käyttämään jotakin muuta nestettä kuin vettä, koska pintajännityksen takia vesi ei pääse pienimpiin huokosiin.

2013-07-05

Ei heinäkuussa

Heinäkuu on huono vuodenaika gradun kirjoittamiselle. Yliopiston kirjastot on suljettu heinäkuun ajaksi. Ja Kemistilän kirjaston lukitun oven takana on vertaisarvioitu journaali, jonka vahvoin perustein oletan sisältävän juuri ne tiedot, jotka tarvitsisin omien mittaustulosteni tulkitsemiseen. Ja juuri tämän journaalin verkkoversioon ei yliopiston tunnuksilla pääse käsiksi. Palataan asiaan elokuussa.

Googlettelemalla pääsin sentään käsiksi laskukaavoihin, joita joku ystävällinen henkilö on ratkonut kahden samassa tasossa sijaitsevan metallijohtimen välisen kapasitanssin arvioimiseksi. Laskukaavat näyttävät suunnilleen tältä:
C = E*K(k)/K(k'),
missä C on kapasitanssi, E on johteiden välisen aineen permittiivisyys ja K on k:n elliptinen integraali. Huokoisen piin permittiivisyys voidaan puolestaan arvioida, jos tiedetään piin permittiivisyys ja huokosten sisällä olevan aineen permittiivisyys. Painotetun keskiarvon laskemiseen on useita kaavoja - valitse näistä suosikkisi!

Kapasitanssi saa SI-yksikköjärjestelmässä yleensä melko pieniä lukuarvoja. University Physics -kirjan mukaan ennen wanhaan oli hauska käytännön pila lähettää vastavalmistunut insinööri hakemaan varastosta kondensaattoria, jonka kapasitanssi on 1F. Vitsi muuttui vähemmän hauskaksi 2000-luvulla, kun yhden faradin kondensaattori onnistuttiin lopulta valmistamaan jostakin ihmehiilikuidusta.

Minä sain mittaustuloksistani 0,000.000.001...0,000.000.1 F, ja laskukaavojen mukaan sensorini kapasitanssin pitäisi olla 0,000.000.000.000.1 F. Kaavasta puuttuu nähtävästi vielä Skinnerin vakio, jonka täytyy olla suuruusluokkaa 10.000...100.000. Tekisi mieli kysyä Graduohjaajalta, tietääkö hän Skinnerin vakiolle mitään mielekästä fysikaalista tulkintaa, mutta Graduohjaaja on ilmeisesti kesälomalla, koska hän ei vastaa sähköpostiinsa. Palataan asiaan elokuussa.

Sekä kirjallisuuskatsaus että kokeellinen osuus viittaa nyt voimakkaasti siihen, ettei gradua pidä kirjoittaa heinäkuussa. Minä menen ulos terassille juopottelemaan syömään jäätelöä, koska se on paremmin heinäkuussa sopivaa tekemistä.