Månedlig arkiv:   mai 2016

Hva skjer med jern når det smis?
        
26
  26. mai, 2016
        


Oppvarming, nedkjøling, hardhendt behandling: Ulike måter å behandle et materiale på gjør at dets egenskaper forandres. Hvorfor det? Vi ser på smiing av jern som eksempel.

Smiekunsten er den eldste kjente teknikken for å bearbeide jern. Det finnes tegn på jernproduksjon i Europa fra så mye som 3500 år siden. Enda lengre tilbake kunne man finne naturlig metallisk jern i form av meteoritter, som også ble brukt til produksjon av svært sjeldne og verdifulle våpen og redskaper.

I vesten hadde man ikke teknologien til å smelte og støpe jern før på 1600-tallet. Smiing, som ikke krever like høy temperatur, var derfor den eneste måten å utnytte metallet på i flere tusen år. Dette er altså en prosess med svært lange tradisjoner. Men hva er det egentlig som foregår når vi smir?

Foto: Per Henning / NTNU

Foto: Per Henning / NTNU

 

Atomene bestemmer
For å forstå hva som skjer, må vi først se på hvordan jern er satt sammen – atom for atom. Et atom består av en atomkjerne – protoner og nøytroner – og elektroner som spinner i bane rundt kjernen.

For å danne faste stoffer, må store mengder atomer binde seg sammen og holdes på plass. Det som binder dem er fordelingen av elektroner mellom dem. I et salt vil par av ulike atomer henholdsvis avgi og oppta elektroner, og dermed blir de veldig tett knyttet sammen.

I et metall derimot, vil alle atomene gå sammen og bidra til en felles sky av elektroner som kan bevege seg fritt mellom atomene. Dette gjør at metaller blir smidige og formbare, fordi atomene ikke er avhengige av å være knyttet til noen fast partner, og kan flyttes rundt på. Til sammenligning er salter sprø, fordi atomene er avhengige av å beholde sine faste plasser.

Struktur
Selv om metallatomer kan flyttes rundt på, vil de likevel legge seg i et regelmessig mønster – en krystallstruktur. Dette gjør at atomene, som tiltrekkes av hverandre på grunn av elektrondelingen, kan pakkes tettest mulig sammen. En slik krystall, kalt et korn, kan strekke seg over alt fra bare noen nanometer til flere centimeter. Vanlige metallgjenstander kan altså være satt sammen av tusenvis av korn.

Fordi denne krystallstrukturen er så gunstig vil atomene gjerne beholde den, til og med hvis de skyves og flyttes på. Dermed skjer forming av et metall vanligvis ved at atomer sklir fra én plass til den neste i krystallen, og så videre. Hvis nok atomer gjør dette samtidig, kan de til sammen endre form på et stort stykke metall. I en krystall er det noen retninger der det er lettere å flytte atomer enn andre, fordi atomene ligger tettere og mer symmetrisk. Slike retninger kalles slippsystem.

Tegning av krystallstruktur med markerte eksempler på plan der atomene har lett for å bevege seg.

Tegning av krystallstruktur med markerte eksempler på plan der atomene har lett for å bevege seg.

Tvinger atomene til å bevege seg
Det kreves energi for å bevege atomer i et slippsystem, og det er nettopp det vi tilfører når vi varmer opp metallet. Slippsystemene er termisk aktiverte, som vil si at de blir tilgjengelige ved ulike temperaturer. Ved å varme opp metallet, aktiverer vi dermed flere og flere slippsystemer samtidig som de blir lettere å bruke, og formbarheten øker. Ved høy nok temperatur er det mulig å bruke en hammer til enkelt å forme metallet slik vi ønsker.

Når vi hamrer på et jernstykke, og tvinger atomene til å bevege seg i slippsystemet, er det alltid noen atomer som blir presset ut av den riktige plassen sin. Dette gir feil i krystallstrukturen kalt dislokasjoner. Det dannes blere dislokasjoner jo mer man bearbeider emnet. Dannes det nok dislokasjoner, blir metallet veldig hardt fordi de låser hverandre fast og hindrer bevegelse i slippsystemet. Dermed fører smiing faktisk til at jernet blir hardere og tåler mer, noe som gjør det til en veldig attraktiv prosess for krevende produkter – for eksempel en kniv som må holde seg skarp lenge.

Ønskede egenskaper
En annen måte å gjøre jern sterkere på er å legge til legeringselementer. Da blander man andre stoffer sammen med jernet for å oppnå akkurat den egenskapen man ønsker seg. Viktigst er tilsetningen av karbon, som kan styre om metallet er hardt men sprøtt – egnet for en knivegg – eller seigt og slitesterkt – som i et hammerhode. Temperaturen på jernet avgjør også hvordan karbonet fordeler seg i metallet.

Når det er varmt legger karbonatomene seg jevnt mellom jernatomene, mens de ved romtemperatur samler seg i små kolonier i kornstrukturen. Ved å bråkjøle fra høy temperatur kan vi tvinge karbonet til å fortsatt være finfordelt i jernet, og vi får et svært hardt materiale. Det er dette vi gjør når vi dypper glødende jern i vann for å kjøle den. Vil vi senere gjøre gjenstanden seigere slik at den ikke sprekker under bruk, kan vi varme den i kortere perioder på lavere temperatur til vi finner akkurat den balansen vi ønsker oss.

Mikroskopbilde av strukturen i jern. De lyse kornene er rent jern, mens de mørke har høyt karboninnhold.

Mikroskopbilde av strukturen i jern. De lyse kornene er rent jern, mens de mørke har høyt karboninnhold.


Samme prinsipper som for mange tusen år siden

Siden den industrielle revolusjon har måten vi smir på endret seg dramatisk. Fra å være et håndtverk der en smed lagde enkeltgjenstander for hånd, har smiekunsten utviklet seg til en masseproduksjon.

I dag brukes det maskinhammere og presser som kan lage alt fra et øksehode til en turbinaksling for dampturbiner. Samtidig anvendes store ruller og valser, som er i stand til å forme mange meter stålplater i sekundet. Prinsippene om legering, varming, forming og kjøling er likevel fortsatt de samme.

 

Innlegget er skrevet av David Eide Brennhaugen og Trygve Schanche

 

Den trofaste, morderiske og smarte kjøttmeisen
        
24
  24. mai, 2016
        


Det er et kjøttmeispar som har flyttet inn i NTNU-fuglekassa vår. – Lær mer om disse trofaste, hjelpsomme, altetende, morderiske og smarte fuglene.

Etter en dramatisk kamp mellom en kjøttmeis og en blåmeis om leieavtale i NTNU-fuglekassa, som forøvrig er sett over 27000 ganger(!) på Facebook, vant førstnevnte, og paret er nå godt inn i etableringsfasen. Følg dem minutt for minutt.

Kjøttmeisparet i NTNU-fuglekassa har fått 8 egg. Foto;: Henriette Vaagland / NTNU

Kjøttmeisparet i NTNU-fuglekassa har fått 8 egg. (Den observante leser vil se at bildet er fra en annen fuglekasse..) Foto: Henriette Vaagland / NTNU


Hjelp fra far

Kjøttmeis er relativt monogame fugler, noe som gjør at hannen kan være ganske sikker på at han er faren til ungene. Dette gjør at det vil lønne seg å hjelpe hunnen både under rugefasen og etter klekking.

Ruging og egg
Hunnen ruger store deler av dagen, og er derfor avhengig av at hannen kommer innom med mat flere ganger om dagen. Etter ungene klekkes er de, som andre i ordenen spurvefugler, blinde, fjærløse og helt avhengig av foreldrene i 2-3 uker.

Hunnen la sitt 8. og siste egg mandag 16. mai, og disse stelles med som om det skulle vært hennes egne barn. Følger du litt med på streamen, kan du stadig vekk se hannen komme innom med mat.

kjottmeis-main

Kjøttmeis. Foto: Per Harald Olsen / NTNU

Søte, men farlige
I vinterhalvåret lever kjøttmeisen primært på vegetabilsk kost. I sommerhalvåret spiser de gjerne biller, edderkopper og larver. Men ikke la deg lure av de små og søte fuglene.

Disse kan også bli betegnet som rovfugler, da de kan drepe små fugler som fuglekonge, og til og med flaggermus.

Lurte engelskmenn
Kjøttmeis er også veldig smarte dyr. Et kjent eksempel på dette er når melkeflaskene i England begynte å komme med lokk av tynn folie tidlig på 1900-tallet. Noen kjøttmeis lærte seg at disse lett kunne åpnes med nebbet, og denne innovative atferden spredte seg raskt rundt i landet, til engelskmennenes store forargelse.

Følg med
Nå blir det spennende å følge med på utviklingen av et nytt kull med trofaste, hjelpsomme, altetende, morderiske og smarte kjøttmeis, minutt for minutt.

Konkurranse
P.S. Nå kjører vi i gang en konkurranse om å gjette dato og klokkeslett for klekkingen av det første egget! Følg med på Facebook-siden til Fakultet for naturvitenskap og teknologi.
 

F/F Gunnerus og fremtidens grønne skipstrafikk
        
18
  18. mai, 2016
        



Enklere skipsdesign, grønnere skip ved lavere drivstofforbruk, bedre utnyttelse av drivstoff, mindre utslipp, økt manøvreringsevne: Alt dette er stikkord når forskningsfartøyet nå er oppgradert med ny, avansert teknologi.

F/F Gunnerus er en viktig del av NTNUs forskningsinfrastruktur. Skipet gjør det mulig for forskere, fra mange ulike fagfelt, å bidra med ny kunnskap innen både naturvitenskap og teknologi.

Effektive og presise styresystemer er avgjørende for et fartøy som skal bidra til forskning og utdanning på høyt nivå. Skipet må blant annet kunne stå på nøyaktig plassering selv i sterk vind og bølger.

I tillegg er reduksjon av brennstofforbruk og utslipp viktig for all marin trafikk. Dette krever nye og innovative løsninger.

Fra installasjonen av de nye propellene. Foto: Rolls-Royce

Fra installasjonen av de nye propellene. Foto: Rolls-Royce

Testing av fremtidens marine teknologi
Med bakgrunn i dette har Rolls-Royce utviklet et elektromagnetisk fremdriftssystem som nå er installert på Gunnerus, hvor de nye systemene også skal testes. NTNU og Rolls-Royce Marine har trådløs tilgang til sensorer som er installert i propellsystemet og har mulighet til å følge R/V Gunnerus «online».

Slik fungerer skipet også som et fullskala laboratorium for testing av fremtidens marine teknologi, i tett samarbeid mellom næring og akademia.

Produktivt samarbeid
– Vi er svært glade for denne gaven fra Rolls-Royce, sier Anne Borg, dekan ved Fakultet for naturvitenskap og teknologi. Samtidig er F/F Gunnerus et eksempel på den gjensidige nytten vi har av et samarbeid mellom akademia og industri: Vi utvikler løsninger i fellesskap, og skaper ny kunnskap.

Også Konsberg Martitime har bidratt med avansert teknologi til forskningsfartøyet. De har installert et nytt dynamisk posisjonseringssystem i skipet .

Eneste i sitt slag
Gunnar Johsen fra Rolls-Royce forteller at det samtidig med det nye propellsystemet også ble installert Rolls-Royce Marine (RRM) Helicon-X kontroll system og RRM frekvensomformere.
-Dette betyr at F/F Gunnerus har et topp moderne framdriftssystem som det ikke eksister tilsvarende til i heile verden, sier Johnsen.

Markering
Nylig ble gaven fra Rolls-Royce markert med et arrangement som inkluderte faglige foredrag og demonstrasjonsseilas.

F/F Gunnerus. Foto: Per Harald Olsen / NTNU.

F/F Gunnerus. Foto: Per Harald Olsen / NTNU.

 

Sjekking – hekking – klekking
        
12
  12. mai, 2016
        


Nå er det liv i fuglekassa til Institutt for biologi! En kjøttmeis har tatt plass i kassa. Reir er bygget i rekordfart og eggleggingen har begynt. Kan du ikke se eggene? Da kan de hende fuglemor har lagt på dem dyna.

kjottmeis

Kjøttmeis. Foto: Per Harald Olsen/NTNU

 

Etter den store stygge slosskampen mellom en blåmeis og en kjøttmeis midt i april ble det til at kjøttmeisen kom seirende ut av hustvisten.

Mor jobber, far synger

Meisemor begynte etter hvert jobben med innredning av kåken ved å bygge reir av torvmoser fra Høgskoleparken. Hannen slipper i denne perioden sjelden inn i kassen, men sitter heller på en kvist i nærheten og synger og passer på territoriet så godt han kan.

Når hunnen er inne i kassen sitter gjerne hannen utafor og synger – så ha på lyd når du er inne og sjekker webkameraet! Hannen følger hunnen så å si hele tiden hun er utenfor kassen for å passe på at hun ikke blir befruktet av noen andre. Morgentrillene fra meisefar er nok myntet på hunnen inne i kassen – og noen ganger kan du høre henne svare lavmælt inne fra kassen.

Effektiv NTNU-kjøttmeis

Arbeidet med reirbygging kan foregå over flere uker. Vår NTNU-meisemor har derimot vært effektiv og innredd kassen på en uke. Hvis reiret blir ødelagt og kjøttmeishunnen må starte på nytt, kan hun i verste fall bygge et primitivt reir på en dag.

Som man reder, ligger man

Moselaget dekker etter hvert et lag på cirka 5 cm før hun former en skålformet grop – og fyller denne med mykt, varmeisolerende materiale som ligger innerst mot eggene. Kjøttmeisen bruker helst hår fra pattedyr – og drar nytte av at våre husdyr som røyter om våren – så det kan godt være en pelsdott av naboens hund som ligger her i reirskåla.

Fuglene kan også hente hår direkte fra store røytende dyr! Jeg har også sett flere kjøttmeisreirskåler med ullgarn og isolasjon/glava i.

Programmert til redebygging

Evnen til å bygge reir er programmert i genene til hver enkelt fugl og derfor bygger alle kjøttmeiser like reir. Hunnmeisen var jo ikke kommet til verden ennå da reiret hun selv vokste opp i ble bygget. Her trengs ingen studiepoeng fra hverken materialteknologi eller kurs i byggtekniske fag.

Egglegging: ett om dagen

Vår meisemor er en skikkelig morgenfugl og eggene legges i reirskåla tidlig på morraskvisten. I gjennomsnitt veier ett egg 1.7 gram og moren selv veien cirka 18 gram. Hver dag nå fremover legger hun altså ett egg som igjen veier en tiendedel av hennes egen kroppsvekt og hun kan holde på til hun har fyllt reiret med egg som samlet veier mer enn henne selv. Det største antall egg i et kjøttmeisreir i Norge er på 18 egg, men mellom 8 og 13 egg er langt mer vanlig.

Dyne til eggene

Hun legger gjerne dyne av dyrehår over eggene når hun ikke selv er i kassen – så det er ikke sikkert du ser eggene her på webkameraet med det samme.

Ruging

Først når alle eggene er lagt begynner hunnen å ruge. Under eggleggingsperioden får hun en rugeflekk som er et fjærløst område på magen hvor huden er ekstra varm på grunn av høy blodsirkulasjon.

Samstemt klekking

Fuglemor venter til alle eggene er lagt før hun gir seg til å ruge for fullt. Eggene til kjøttmeisen ruges nærmest døgnet rundt i 13-14 dager før de klekker – samstemt. I denne perioden har meisemor bare «fri» i tre timer per døgn – så meisefar serverer gjerne frokost og formiddagsmat til henne i kassen denne perioden.

Klarer de seg?

Følg med, følg med! – Live fuglekasse ved Realfagbygget
Klarer kjøttmeisen å få frem ungene sine – eller blir det omkamp om NTNU-kassen når svarthvittfluesnapperen (også kjent som naboen fra helvete) kommer trekkende til Trondheim? Stay tuned!