Tranen van wijn

Als men een gevuld wijnglas bekijkt kan men op de glasrand, vlak boven de meniscus de zogenaamde “Tranen van wijn zien.” In eerste instantie denkt men dan misschien dat men met een condensatie effect te maken heeft maar dat is niet het geval. De druppels ontstaan door verschillen in oppervlaktespanning die ontstaan als de alcohol verdampt uit de dunne wijnfilm die op de binnenkant van het glas zit.

Elk vloeistof heeft een oppervlaktespanning die de vorm van de meniscus bepaalt. Bij water is die sterker dan bij alcohol. Als men alcohol en water mengt wordt de oppervlaktespanning van het water verlaagd. Nu zal in de dunne film op de glaswand de alcohol sneller verdampen dan in het glas zelf hetgeen betekent dat de oppervlaktespanning in die filmlaag toeneemt. Dat trekt nu de alcoholhoudende wijn met een lager oppervlaktespanning aan die dus omhoog kruipt. Men kan ook zien dat er vlak boven de meniscus zich een dikkere rand gevormd heeft. Hier is de oppervlaktespanning dermate hoog dat zich druppels vormen, die uiteindelijk zo zwaar worden dat ze terugglijden in de wijn, Vervolgens ontstaat weer een nieuwe druppel omdat de wijn omhooggetrokken wordt. Dit effect wordt verbroken als er zoveel alcohol verdampt is dat de spanningsverschillen te klein worden om de kringloop in stand te houden (of omdat het glas leeggedronken is).

Hoe dichter de tranen naast elkaar liggen des te hoger is het alcoholgehalte.

Literatuur:

  • M. Gugliotti, T. Silverstein; “Tears of Wine”; Journal of Chemical Education; 81 1 2004; p. 67,68.
  • T. Silverstein; “Why Do Alcoholic Beverages Have “Legs””; Journal of Chemical Education; 75 2 1998; p. 723,724.
Tranen van wijn

Paddenstoel sporen

In de herfst komen de paddenstoelen op waarbij men ook wat microscopisch onderzoek kan uitvoeren. In dit geval heb ik een sporenpatroon gemaakt door de hoed van een (kleine) paddenstoel gedurende de nacht op een glazen (dia)plaatje te leggen. Na ’s morgens de hoed verwijderd te hebben kan men de glasplaat onder de microscoop leggen.

(Euromex ML2000, Objectief 20x,  Luckyzoom YW500 HD 5MP USB Cmos Camera Electronic Digital Eyepiece)

sporen paddenstoel

Paddenstoelen

Al jaren lid zijnde van de KNNV afdeling Haarlem maar daar nog niet veel mee gedaan hebbende besloot ik recentelijk de Basiscursus Paddenstoelen te volgen. Twee avonden les in het determineren van paddestoelen en een excursie bij Koningshof waar we het geleerde in praktijk brengen.

Tijdens de excursie heb ik onderstaande foto gemaakt.

Paddenstoelen op tak bij Koningshof

Olie op fietspad

Een foto die ik al weer een tijdje geleden genomen heb van een fietspad na een regenbui. Het kleurenspectrum geeft aan dat er wat olie gelekt is. Het kleurenspectrum ontstaat doordat het olielaagje (met verschillende diktes) op het waterlaagje drijft. Zowel de top als de bodem van dit laagje zullen licht reflecteren en zo ontstaan er interferentiepatronen hetgeen zich manifesteert als een kleurenpatroon. Men noemt dit fenomeen dunne-film interferentie.

dunne film interferentie

Gravity Well

The is ondertussen al meer dan een jaar geleden dat ik in het Technisch Museum Wenen onderstaande demonstratie opstelling van een  “Gravity Well” oftewel een zwaartekrachtveld  zag. Een driedimensionale representatie van een vierdimensionale werkelijkheid. Het demonstreert op een mooie manier de baan die een object beschrijft (komeet, planeet, zon) als het in een zwaartekrachtveld komt, geen stabiele baan kan vinden en er uiteindelijk door verzwolgen wordt.

Klimaat verandering discussies

Als men de huidige discussies en rapportages in de media over klimaatverandering en stijgende CO2-emissies volgt dan kan men wel eens de indruk krijgen dat dit een probleem is waarvan we pas recentelijk bewust werden. Dat is echter duidelijk niet het geval.

De eerste die het effect van stijgende CO2 concentraties in de lucht op de gemiddelde temperatuur op aarde modelmatig beschreef was Arrhenius in 1896. Volgens zijn berekeningen zou een verdubbeling van de CO2 concentratie leiden tot een gemiddelde stijging van de oppervlakte temperatuur met 5 oC

Bij het doorbladeren van mijn papieren archief, op zoek zijnde naar informatie over een ander onderwerp, stuitte ik in het tijdschrift “Archimedes” van 1984/85 op een, naar mijn mening, interessant artikel. Archimedes was een natuurkunde- scheikunde- en sterrenkundetijdschrift voor jongeren dat werd uitgegeven door de NVON via Wolters-Noordhoff. Jammer genoeg is het opgeheven.

De titel van het artikel dat ik interessant vond was “Toename van het koolstofdioxidegehalte in de atmosfeer: een ramp?”. Zoals de titel aangeeft behandelt het artikel van 3 pagina’s de effecten van toename van CO2 in de atmosfeer. Er wordt gerefereerd naar de CO2 metingen in Hawaï die sinds de jaren 50 uitgevoerd werden, een klimaatmodel werd besproken en toegelicht, de rol die CO2 in het klimaat speelt alsmede de factoren die invloed uitoefenen op het CO2 gehalte in de atmosfeer en uiteindelijk de betekenis voor de toekomst. Het kan geen kwaad om zich te realiseren dat het IPCC  zijn allereerste overzichtsrapport in 1990 publiceerde en dit populairwetenschappelijk artikel dus 6 jaar eerder verscheen.

Op enkele detailpunten na is dit artikel niet wezenlijk anders dan de populairwetenschappelijke artikelen die tegenwoordig over dit onderwerp verschijnen zijn maar er zijn een paar punten die in dit artikel vermeld worden die ik wil benadrukken.

Ten eerste Figuur 4, de grafiek die als functie van de tijd de relatie weergeeft tussen de CO2 concentratie in de lucht en de temperatuurstijging in graden Celsius.

Er wordt voor 2020 een CO2 gehalte voorspeld van 0.03 %, in werkelijkheid is dat 0.04 % geworden, 25% meer dan indertijd voorspeld. De voornaamste reden is dat CO2 -emissies sneller zijn toegenomen dan 35 jaar geleden verwacht werd. Globale CO2 emissies zijn verdubbeld sinds de jaren 70 van de vorige eeuw.

Wat mij echter vooral raakte bij het lezen van dit artikel was de laatste alinea dat de “De toekomst” behandelde. Enkele citaten:

“We kunnen ook proberen de CO2-uitstoot te verminderen door ander energiebronnen te gaan benutten zoals windenergie, getijdenenergie enzovoort.

Misschien kan in de toekomst met behulp van zonne-energie water ontleed worden in waterstof en zuurstof.

Waterstof kan vervolgens als brandstof gebruikt worden. Bij het verbranden van waterstof ontstaat weer water.

Ook kunnen we proberen CO2 op te vangen en op een bepaalde manier op te slaan bijvoorbeeld in geëxploiteerde aardgas en olievelden.”

De reden dat ik deze citaten zo confronterend vind is dat we nu 35 jaar verder zijn en nog exact zo over de potentiele oplossingen van de klimaat problematiek praten. Er is wel een beetje vooruitgang geboekt maar als ik deze zinnen lees is het beschamend om zich te realiseren hoe weinig vooruitgang er geboekt is. En technoloog zijnde, vind ik dat dit ook opgaat voor de ontwikkeling van de benodigde technologieën.

Van een artikel van Paul Voosen in Science over de betrouwbaarheid van steeds complexere klimaatmodellenis zou men kunnen stellen dat dit punt daardoor benadrukt wordt.  Bij modellering moet men altijd in zijn achterhoofd houden dat modellen op zijn best een grove simplificatie van een complexe realiteit weergeven. Zoals reeds vermeld schatte Svante Arrhenius in dat een verdubbeling van de CO2 concentratie in de lucht de gemiddelde oppervlaktetemperatuur met 5 °C zou laten stijgen. Moderne klimaatmodellen, zoals ze tot nog toe gebruikt worden, voorspellen een stijging in een range van 2° tot 4.5 °C.  Een nieuwe generatie van nog complexere modellen ontstaat en deze voorspellen een stijging van 5 °C voor een stijging van de CO2 concentratie van 280 ppm tot 560 ppm. Het werk van Arrhenius zou je als een “Back of the Envelope” berekening kunnen beschouwen, maar ook die kan het zo te zien aardig kloppen. Oftewel, we zijn nu meer dan een eeuw bekend met de problematiek maar zijn nog niet echt veel opgeschoten met het implementeren van oplossingen.

In de huidige discussies wordt, naar mijn persoonlijke mening, nogal snel geroepen dat de industrie maar de hele energie transitie moet betalen omdat ze de ”hoofdschuldigen “zijn. Wetgeving en consumptie wordt uiteindelijk echter bepaald door burgers, die de politici en politieke partijen kiezen. De laatsten stellen de politiek programma’s en wetsvoorstellen op. Het gehele proces zou in theorie met een kruisbestuiving tussen alle groepen moeten plaatsvinden. Het artikel in Archimedes toont echter aan dat de problematiek al vele decennia bekend is en ook indertijd aan bet publiek en politici gepresenteerd is. Men kan dan ook de stelling poneren dat burgers en politici (en ook de industrie) decennialang de kop in het zand gestoken hebben en het probleem of ontkend, genegeerd, vooruitgeschoven of een combinatie daarvan gehanteerd hebben. Je kunt je ook afvragen waarom industrie en politiek in al die jaren niet veel meer geld in R&D hebben gestoken. Dan was de kans groot dat er nu werkbare oplossingen beschikbaar zouden zijn die het laboratorium en pilotplant ontstegen waren.

Literatuur:

NB:  volume% = mol% ; mol% * 10000 = ppm(V)

Hoe radioactief is een banaan?

Het eten van bananen wordt om medische redenen geadviseerd aangezien bananen een goede bron van kalium zijn hetgeen helpt om de bloeddruk wat lager te houden. Een kleine hoeveelheid van dat Kalium (0.0117%) is het radioactieve isotoop 40K. Het isotoop vervalt onder uitzenden van bèta straling met een halfwaardetijd van 1.26 x 109 jaar. Men kan zichzelf dus de vraag stellen hoeveel straling een banaan afgeeft.

Een grote banaan bevat ca. 900 mg K hetgeen overeenkomt met 7.02 x 10-5 g 40K. De snelheidsconstante kunnen we afleiden van de halfwaardetijd m.b.v. k = ln2 / t1/2 hetgeen een k geeft van 1.75 x 10-17 s.

M.b.v. de 1ste orde vergelijking: dN/N = – kt en t = 1 s berekenen we dat voor 1 mol (N = 6.022 x 1023 atomen, 1 mol = 40 g) van 40K geldt dat 1.05 x 107 (= dN) atomen per seconde vervallen.

Voor de banaan geldt dan: 1.05 x 107 / 40 = x / 7.02 x 10-5 met x = 18.4

Een grote banaan heeft dan een 40K stralingsactiviteit van 18.4 Bq (becquerel, het aantal atoomkernen dat per seconde radioactief vervalt). Ter vergelijk, het menselijk lichaam heeft een activiteit van 120 Bq/kg en melk heeft een activiteit van 40 Bq/l.

Literatuur:

David. W. Ball; “How Radioactive Is Your Banana”; Journal of Chemical Education; 2004 10 81; p. 1440

Bijen in honingraat

Bij een bezoek aan het Natuurhistorisch Museum Maastricht kreeg ik iets boeiends te zien. Levende bijen in een honingraat zoals in onderstaande filmpje te zien is. Het krioelt nog al. Om de een of andere reden was ik helemaal vergeten  dat de  bijen erg dicht op elkaar zitten.

Schoorsteen

Enige tijd geleden keek ik op mijn werk uit het raam en zag ik “rook” uit onderstaande schoorsteen komen. Bij net een beetje beter kijken kan men zien dat het om watercondensatie gaat. De warme lucht die uit de schoorsteen komt is goed te zien als een turbulente wervel. De slierten die men ziet zijn een gevolg van dichtheidsverschillen die zich weer vertalen naar verschillen in brekingsindex (Schlieren). Het warme gas koelt af en water condenseert uit hetgeen men kan zien als de wolkvorming. Een dynamische faseovergang. Daarnaast kan men mooi zien dat warme lucht opstijgt.