Valtaosa miljoonista materiaaleista, joita ihminen on kehittänyt, toimii kapeissa erityiskohteissa.
Toiset, kuten neomagneetit, tuovat puhtia lukuisiin sovelluksiin, säästävät energiaa ja synnyttävät uudistusten ketjuja.



 


Toiset, kuten neomagneetit, tuovat puhtia lukuisiin sovelluksiin, säästävät energiaa ja synnyttävät uudistusten ketjuja.


Julkaistu Tiede -lehdessä 2/2010


Maailmaa pelastetaan monella tavalla. Japanilaisen magneettitutkijan, tohtori Masato Sagawan mukaan yksi parhaista pelastajista on sintrattu NdFeB-magneetti. NdFeB-magneetti on neomagneetti, moderni kestomagneetti, joka on valmistettu neodyymin, raudan ja boorin seoksesta.

- Uusia kestomagneetteja on lähes kaikkialla, missä käytetään uusiutuvaa energiaa tai säästetään energiaa, kertoo porilaisen Prizztech Oy:n Magneettiteknologiakeskuksen johtaja, tekniikan tohtori Martti Paju.


Käy moneen moottoriin

Uudet magneetit toimivat tuulivoimaloissa, tietokoneissa, sähkömoottoreissa, kodinkoneissa ja lasten leluissa. - Tietokoneiden kovalevyt eivät olisi olleet mahdollisia ilman uusia magneetteja, Paju muistuttaa.

Sähkömoottoreissa kestomagneettien pienuus ja magnetointiin menevän sähkön säästyminen parantavat hyötysuhdetta.

- Perinnäisen sähkömoottorin hyötysuhde on yli 90 prosenttia, mutta siirtyminen kestomagneettiin tuo vielä noin kolmen prosenttiyksikön parannuksen päälle, Paju tietää. Parinkin prosentin parannuksesta koituu suuret säästöt maailmassa, jossa sähkömoottoreita pyörii kaikkialla.


Tehon tuo neodyymi

Uutta neomagneeteissa on suuri "energisyys", jota insinöörit kuvaavat energiatulolla. NdFeB-magneetin energiatulo on yli neljäsataa kilojoulea kuutiometriä kohti, kun 1940-luvulla keksityt AlNiCo-magneetit jäivät paljon alle sadan kilojoulen. Suuri energiatulo pienentää magneetin kokoa ja keventää painoa.

Neodyymi kuuluu lantanoidien alkuaineryhmään, jolla on magneettiselta kannalta sopivasti miehitetyt elektronikehät. Sen vuoksi neodyymi ja eräät muutkin lantanoidit, kuten samarium, pystyvät muodostamaan raudan kanssa voimakkaasti magneettisia seoksia.

Uusmagneetit kehitettiin 1980-luvulla, ja työn teki likipitäen yhtä aikaa kaksi eri fyysikkoryhmää. Ensimmäistä johti Masato Sagawa Sumimotosta, toista hänen kollegansa Tyynenmeren toiselta puolelta, John Croat General Motorsista.


Edistää uusiutuvia

Sähkökone, jossa on neomagneetti, toimii hyvin kaikilla kierrosnopeuksilla. Perinnäiset sähkömagneettikoneet taas vaativat tietyn kierrosnopeuden, jolloin esimerkiksi tuulivoimalassa on pantava mekaaninen ylennysvaihde hitaasti pyörivän tuuliturbiinin ja nopean generaattorin väliin.

Paino vähenee, kun vaihde voidaan jättää pois, mutta samalla saadaan myös etu, joka painaa etenkin tuulivoimaloissa: luotettavuus paranee. Vaihde nimittäin kuluu ja rikkoutuu helposti, ja merellä korjaaminen on hankalaa, huonolla kelillä jopa mahdotonta.

Kestomagneetit alentavat tuulisähkön hintaa. Tietenkin etuja saadaan myös tuulettomissa paikoissa. Kun vaihde vaikkapa sähkömoottorin ja paperikoneen telan väliltä jää pois, säästyy kustannuksia. Teollisuudessa on lukemattomia voimansiirtomekanismeja, joita voidaan yksinkertaistaa.

Uudet magneetit jouduttavat hybridi- ja sähkökulkuneuvojen yleistymistä. Myös kulkuneuvoissa on paljon hyötyä kestomagneettimoottorin hyvästä väännöstä pienilläkin kierroksilla. Sähköajoneuvot taas tuovat mukanaan saasteettoman ja meluttoman ympäristön.


Uudistaa muistia

Fyysikot löytävät materiaaleista yhä uusia ominaisuuksia, jotka tuovat tulevaisuudessa vielä villimpiä magneetteja. Nyt puhutaan nanoteknisistä NdFeB-magneeteista. Magneettisuutta vahvistetaan mikrorakennetta muuttamalla, ja samalla yritetään korvata osa kalliista neodyymistä raudalla.

Jossakin kaukana tulevaisuudessa häämöttää monopolimagnetismi. Viime vuonna kaksi kansainvälistä tutkijaryhmää ilmoitti havainneensa ensimmäisen kerran yksinapaisia magneettisia rakenteita, monopoleja. Tutkijat arvelevat, että ilmiötä voitaisiin tulevaisuudessa hyödyntää esimerkiksi tietokoneiden muisteissa (ks. Tiede 1/2010, s. 44-49; tiede.fi/arkisto).

Tietokoneen kehityksessä magneetit ovat aina olleet tavalla tai toisella mukana ja ovat vastakin.
Muistit olivat 1950- ja 1960-luvulla magneettisia. Sitten tulivat puolijohdemuistit. Joukko tutkijoita ja yrityksiä uskoo, että kohta muisteissa palataan jälleen magneetteihin; kehitteillä on magnetoresistiivisiä muisteja, jotka tallentavat dataa magneettikenttiin sähkövarausten sijasta. Näin se säilyy paremmin, ja myös energiankulutus pienenee.


Kalevi Rantanen on diplomi-insinööri, tietokirjoittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Neomagneetti käy näihin





kännykät
tietokoneet
kuulokkeet
kaiuttimet
dvd-soittimet
uistinkelat
kuntopyörät
autojen turvatyynyt
sähkömoottorit yleisesti
hissien sähkömoottorit
hybridiautojen sähkömoottorit
laivojen ja öljynporauslauttojen potkurilaitteet
paperikoneiden moottorit
tuulivoimaloiden generaattorit

Magneetti tekee yhtä ja toista





- Muuttaa mekaanista energiaa sähköksi generaattorissa, jossa magneettikentässä liikkuvaan johteeseen syntyy sähkövirta.

- Muuttaa sähköä mekaaniseksi energiaksi moottorissa, jossa magneettikenttä liikuttaa ferromagneettista kappaletta.

- Teollisuusprosesseissa kiinnittää, erottaa, sekoittaa, siirtää, kuljettaa, merkitsee.

- Tietokoneessa tallentaa dataa.


Magneetteja syntyy monin tavoin


Magneetti - aine tai kappale, jolla on magneettikenttä.


Ferromagneetti - aine, esimerkiksi rauta, joka muuttuu magneetiksi eli magnetoituu ulkoisessa magneettikentässä.


- Kestomagneetti - ferromagneettinen aine, esimerkiksi teräs, joka pysyy magneettisena ilman ulkoisen magneettikentän vaikutusta. Kestomagneetteja on tehty myös seostamalla rautaa alumiinilla, nikkelillä ja koboltilla (alnico).


- Neomagneetti - voimakas kestomagneetti, raaka-aineena neodyymin, raudan ja boorin seos.


- Sähkömagneetti - johdekäämi tai -kela, johon syntyy magneettikenttä, kun sähkövirta kulkee siinä.


- Suprajohdemagneetti - suprajohtavasta aineesta tehty sähkömagneetti.

Kohta kylmenee jääkaappi


Kompressorien sähkömoottoreihin tulee kestomagneetteja. Tulevaisuudessa koko jäähdytyskoneisto voi olla magneettinen, jolloin sähkönkulutus jäisi puoleen kompressorikaapista.

Uuden kaapin pohjana on vanha magnetokalorinen ilmiö. Se tarkoittaa tiettyjen materiaalien jäähtymistä tai kuumenemista magneettikentän vaikutuksesta.

Yhdysvalloissa Amesin laboratorio kehitti 1990-luvulla materiaaleja, jotka toimivat huoneenlämmössä ja reagoivat kestomagneettiin. Yksi tekninen toteutus on pyörä, jonka kehä on valmistettu gadoliniumpohjaisesta magnetokalorisesta seoksesta. Kehä kulkee ensin magneettikentän läpi ja kuumenee. Lämpö johdetaan ympäristöön vesijäähdytyksellä. Jättäessään magneettikentän materiaali jäähtyy entisestään ja jäähdyttää jääkaapissa kiertävää kylmäainetta.

Beijingin yliopiston magneettitutkijan, professori Xu Guangxianin laboratorio taas kehitti muutama vuosi sitten uuden magnetokalorisen materiaalin. Baotoussa, Sisä-Mongoliassa, toimii harvinaisten maametallien instituutti Brir. Sen edustaja arvioi Science-lehdessä syyskuussa, että magneettijääkaappi tulee markkinoille muutaman vuoden kuluttua.

Hyvä harrastus – ja helppo. Lukemista löytyy aina. Kuva: Shutterstock

Kieli rikastuu, ajattelu syvenee ja sosiaalinen taju kehittyy.

Tietokirjan järki on selvä: saa tietoa, jolla jäsentää maailmaa ja vaientaa mutuilijat. Riittävästi tietoa hankkimalla tulee asiantuntijaksi, ja sillä on selvä hyötyarvo.

Entä missä on fiktion lukijan tulosvastuu? Mitä itua on kuluttaa aikaansa tuntitolkulla hatusta vedettyjen ihmisten hatusta vedettyihin edesottamuksiin? Paljonkin: romaani tai novelli opettaa toimimaan muiden ihmisten kanssa.

Fiktio simuloi sosiaalista maailmaa, esittää asiaa tutkinut Toronton yliopiston psykologian professori Keith Oatley. Niin kuin lentosimulaattori opettaa lentotaitoja, sosiaalisten tilanteiden simulaattori – romaani – opettaa sosiaalisia taitoja.

Kokeet vahvistavat, että fiktiota lukeneet tajuavat paremmin so­siaalisia kuvioita kuin tietotekstiä lukeneet. 

Suvaitsevaisuus kasvaa

Kuvitteellisesta tarinasta on sekin ilo, että pääsee väliaikaisesti jonkun toisen nahkoihin. Samastuminen tarinan henkilöön voi muuttaa lukijan käyttäytymistä ja pistää asenteet uusiksi, ovat kokeillaan osoittaneet Ohion yliopiston tutkijat.

Samastumisella on vaaransa. Romaanin aiheuttama itsemurha-aalto koettiin 1700-luvun lopulla, kun nuoret onnettomat miehet matkivat Johan Wolfgang von Goethen päähenkilön tekoa Nuoren Wertherin kärsimyksissä.

Ohiolaistutkimuksessa vaikutus oli rakentavampi: kun nuoret aikuiset olivat lukeneet tarinan miehestä, joka meni äänestämään, he menivät hanakammin vaaliuurnille vielä viikon kuluttua lukemisesta. He olivat saaneet kansalaishyvetartunnan.

Valkoihoisten suvaitsevaisuutta taas kasvattivat tarinat, joissa päähenkilö osoittautui homoseksuaaliksi tai afroamerikkalaiseksi. Lukijoilta karisi myös stereotypioita. Tämä kuitenkin edellytti, että päähenkilön ”erilaisuus” paljastui vasta tarinan myöhemmässä vaiheessa ja lukijat olivat ehtineet asettua hänen nahkoihinsa.

Stressi väistyy

Kun uppoutuu lukemaan, maailman meteli jää kauas ja paineet hellittävät. Tuttu tunne, josta on myös tieteelliset näytöt: lukeminen poistaa stressiä.

Terveystieteen opiskelijat saivat Yhdysvalloissa tehdyssä tutkimuksessa lukeakseen netistä ja aikakauslehdestä poimittuja artikkeleita, jotka käsittelivät historiallisia tapauksia ja tulevaisuuden innovaatioita. Aihepiirit olivat siis kaukana tenttikirjojen pakkolukemistosta.

Puolentunnin lukutuokio riitti laskemaan verenpainetta, sykettä ja stressin tuntua. Huojennus on yhtä suuri kuin samanpituisella joogahetkellä tai televisiohuumorin katselulla. Mikä parasta, apu löytyy helposti, lukemista kun on aina saatavilla.

Sanasto karttuu

Kirjoitettu kieli on ylivoimaisesti suurempi uusien sanojen lähde kuin puhuttu. Erot lasten sanavaraston runsaudessa voi johtaa suoraan siihen, miten paljon he altistuvat erilaisille teksteille, vakuuttavat lukemisen tutkijat Anne Cunningham ja Keith Stanovich.

Tiuhimmin uutta sanastoa kohtaa tieteellisten julkaisujen tiivistelmissä: tuhatta sanaa kohti harvinaisia on peräti 128. Sanoma- ja aikakauslehdissä harvinaisten sanojen tiheys nousee yli 65:n ja aikuisten kirjoissa yli 50:n.

Lastenkirjakin voittaa sanaston monipuolisuudessa televisio-ohjelman mennen tullen. Lapsilukija kohtaa kirjassa yli 30 harvinaista sanaa tuhatta kohti, kun aikuisten telkkariviihdettä katsoessa niitä tulee vastaan 23 ja lastenohjelmissa 20.

Juttelukaan ei pahemmin kartuta sanavarastoa. Aikuispuhe sisältää vain 17 epätavallista sanaa tuhatta kohti.

Syntyy omia ajatuksia

Ihmisen aivoja ei ole ohjelmoitu lukemaan. Kun taito kehittyi 5 500 vuotta sitten, näkemiseen, kuulemiseen, puhumiseen ja ajatteluun rakentuneet alueet alkoivat tehdä uudenlaista yhteistyötä.

Nyt olemme jälleen uudenlaisen lukukulttuurin alussa. Verkkolukeminen on tullut jäädäkseen, ja jotkut pelkäävät, että tyhmistymme, kun totutamme aivomme ärsyketulvaan ja pikaselailuun netissä. Tiedonvälitys on lisääntynyt räjähdysmäisesti mutta niin myös häly.

Syventyvän lukemisen kohtalosta kantaa huolta professori Maryanne Wolf Tufts-yliopistosta. Tapaa näet kannattaisi vaalia. Aivokuvaukset paljastavat, että paneutuva lukija käyttää laajasti molempia aivopuoliskojaan. Hän ei vain vastaanota kirjoittajan sanomaa vaan vertaa sitä aiemmin hankkimaansa tietoon, erittelee sitä ja rakentaa omaa ajatteluaan. Pintalukijalla ei tähän ole aikaa.

Mikko Puttonen on Tiede-lehden toimittaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 12/2012 

Täysin raittiiden suomalaisnuorten osuus on moninkertaistunut vuosituhannen alusta.

Nuoruus raitistuu, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan.

Nuorten alkoholin käyttö kasvoi vuoteen 1999, joka oli myös kaikkein kostein vuosi. Silloin vain joka kymmenes yhdeksäsluokkalainen ilmoitti, ettei ollut koskaan käyttänyt alkoholia.

Sittemmin täysin raittiiden osuus on moninkertaistunut, ilmenee vuoteen 2015 ulottuneesta eurooppalaisesta, nuorten päihteidenkäyttöä käsittelevästä Espad-tutkimuksesta.

Jopa muut eurooppalaiset jäävät jälkeen. Suomessa täysin raittiita 15–16-vuotiaista nuorista on joka neljäs, kun Euroopassa heitä on keskimäärin joka viides.

Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen THL:n erikoistutkija Kirsimarja Raitasalo kollegoineen on ­koettanut tunnistaa niitä nuoruuden muutoksia, jotka voisivat selittää humalan hiipumista.

Ratkaisevaa näyttää olleen ainakin se, että alaikäisten on yhä vaikeampi saada alkoholia. Nykynuoret kokevat sen selvästi hankalammaksi kuin aiemmat ikäpolvet.

Kauppojen omavalvonta on osaltaan tehonnut. Kassoilla kysytään kaikilta alle 30-vuotiaan näköisiltä papereita.

Vanhemmat ja muutkin aikuiset ovat tiukentaneet asenteitaan nuorten juomiseen.

”Tietoisuus alkoholin haitoista on ehkä lisääntynyt. On tullut paljon tutkimustietoa esimerkiksi siitä, miten alkoholi vaikuttaa nuorten aivojen kehitykseen”, Raitasalo pohtii.

Nuorten omakin maailma on muuttunut toisenlaiseksi. Älylaitteet, pelit ja sosiaalinen media kyllästävät arkea. Pussikaljoittelu joutuu kilpailemaan monen muun kiinnostavan ajanvietteen kanssa ja on ehkä osittain hävinnyt niille.

Juovuksissa olemisesta on ehkä tullut myös tyylirikko. Nuoret eivät enää näytä arvostavan kännissä örveltämistä.

Kysely

Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Neutroni
Seuraa 
Viestejä25798
Liittynyt16.3.2005

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Käyttäjä4809 kirjoitti: Eiköhän syy ole -90 luvulla alkaneen laman menetetyt työpaikat ja samalla supistettu koulutus, minkä seurauksena vuodestä -99 alkaen vanhemmilla ei enää ole ollut niin paljon rahaa annettavaksi nuorisolle. Sekä myös nuorisolle soveltuvien työpaikkojen vähentyminen ja samaan aikaan tapahtunut kohtuuton vuokrien nousu, vasinkin pääkaupunkiseudulla. En tiedä, mutta en usko rahaan. Esimerkiksi kilju, 10 % juoma joka maksaa joitain senttejä litralta, tuntuu olevan...
Lue kommentti
molaine
Seuraa 
Viestejä1189
Liittynyt3.8.2011

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

En kyllä usko, että rahalla on iso merkitys ja veikkaan, että käytettävissä olevat rahat on vain kasvaneet, jos verrataan vaikka omaan nuoruuteen. Ei viina suomessa ole niin kallista, etteikö köyhälläkin olisi varaa dokailla. Oma junnu ei läträä lainkaan viinan kanssa. Iso osa kavereistakaan ei, vaikka osa ilmeisesti jonkin verran lipittelee. Kyllä nuorten asenteet on mielestäni muuttuneet ihan selkeästi. Ehkä alkoholipolitiikka on toiminut? Kotoa ei meillä kyllä tällaista ole opittu...
Lue kommentti

Panterarosa: On selvää, että "Partitava kisaa kurupati-kuvaa" ei oikein aukene kehitysmaalaisille N1c- kalmukinperseille.