HOLOGRAPHY | ZONNECELLEN | PHYSICS OF TRAFFIC JAMS | VLOEISTOFDRUPPELS | VOYAGER | STAGE IN NIEUW-ZEELAND | VIRGO-EXCURSIE | PETER DEBYE

N°33 m

ei 2018

IN THE P!CTURE

Soap bubbles Children adore them: soap bubbles and their beautiful colors. The bigger, the better but don’t touch them or they will break. Where do these colors come from? Well, the soap bubble is actually a thin film consisting of a soap-water-soap layers. Thin-film interference occures whitin this film. Light waves reflected at either the in- or outside surface of the bubble interfere with one another, reducing or enhancing the reflected light. Depending on the wavelength of the light and the thickness of the film some (wavelenghts) colours will be enhanced while others are attte-nuated. In this colorfull display of a soap bubble there are many colours due to the various thickness of the thin film. The effect that causes the thickness differences is called the Marangoni effect which is a driving force due to surface tension gradients.

Ph

oto

: ste

rnen

him

mel

4 | N! mei 2018

FYSICAFL!TS

CONTENTSEDITORIALDear reader,

In front of you lies the spring edition of N!. As you might have seen on the cover, this edition is mainly devoted to imaging. Ranging from the Voyager mission that imaged the outer planets of our solar system to the D!Y teaching you to how make your own hologram!

Besides the usual sections, we have done something different this edition. For one, the news section now consists of an extra page, in order to bring you some more inter-esting news. Furthermore, we have a column sent in by a Van der Waals member. Robert de Keijzer tells about his vision on PRVs and how he thinks they should be improved.

Back to normal, STOOR has interviewed Sonia Gómez Puente, who is the Educational Policy & Quality Assurance Advisor. Sonia explains all about what the faculty does to improve the quality of our education.

VENI has some beautiful articles lined up as well. Jos Schlangen has written a column about the balance between innovation and traditions. He looks at the present from both perspectives. This sometimes gives some friction. Talking about friction, that’s one of the most poorly understood phenomena in physics. Until just recently, that is. Ferdi van de Wetering tells you all about it.

In another VENI piece, Hanneke Gelderblom tells about her work. She explains the inter-action of short and intense laser pulses with microdroplets. Looking at this edition’s In the picture, Aled Meulenbroek scales those droplets up a bit, showing us a beautiful soap bubble.

But let’s get back to imaging. We start small, with just a single atom. In the fysicaflits Jeff Schulpen explains how it is possible to trap just a single atom and how to make pictures of it. If we scale up, we reach holograms. The D!Y teaches you how to build a hologram, but physicists as we are, we also want to know how and why they even work. Korneel Ridder-beek explains it to you in his article. If we scale up some more, we reach space. What were the Voyager 1 and 2 and what have they tried to image? You can read it in this edition!

—By: Robert Rompelberg (chief editor Van der Waals)

NEWS 6

9

10

12

10

6

COLUMN Robert de Keijzer over PRV's.

STOOR Interview with Sonia Gómez Puente.

Articles in English

N! mei 2018 | 5

VLOEISTOFDRUPPELSSpetteren, stollen en verdampen.

14

16

18

22

25

28

30

33

3028

2522

COLUMNJos Schlager over N-laag.

PHYSICS OF TRAFFIC JAMS

HOLOGRAPHY

KIA ORA!De stage van Kimberley in Nieuw-Zeeland.

VOYAGER-MISSIES

EXCURSIE VIRGODe excursie van VENI en Van der Waals naar Italië.

ZONNECELLEN De fotovoltaïsche technologie.

NEWS!New grants grantedIn between the previous and the present edition of our magazine several grants were granted: dr.ir. Jan van Dijk has received a grant of 212,500 euros for his proposal in a recent project call by the Netherlands eScience Center, entitled: “Passing XSAMS”;

dr. Alexey Lyulin and dr. Björn Baumeier have received a grant of 212,500 euro for their proposal in a recent project call by the Netherlands eScience Center, entitled "Multis-cale simulations of excitation dynamics in molecular mate-rials for sustainable energy applications (MULTIXMAS)";

NWO has awarded a START-UP grant to PSN Assistant Prof. dr. Alberto G. Curto; NWO has awarded a START-UP grant to TPS Assistant Prof. Liesbeth Janssen; Emiel Visser, who recently finished his PhD at MBx and now works as postdoc at University of Toronto Mississauga (Canada), was awarded the Global Marie Curie Grant.

Figu

re: Sp

aceX

New board VENIAt the General Assembly of our alumni association VENI, a new board has been elected. Bart Klarenaar, Paul de Brouwer and Ferdi van de Wetering continue their respective roles as chairman, treasurer and editor N!. Luuk Heijmans stepped down as secretary and has been succeeded by Casper Schippers. Bart Platier and Guus Vermijs complete the board as acti-vities' commissioner and editor N!, respectively.

Tesla in spaceOn the 6th of February Elan Musk’s SpaceX launched their first Falcon Heavy rocket, with a Tesla car as "passenger". The rocket, which was launched from the same site as NASA’s Apollo moon missions, is capable of landing its

own boosters. Unfortunately only two of the three boos-ters landed on Earth. The side boosters landed safely while the core booster missed its mark. However, there is no doubt that that the launch of the Falcon Heavy was an important step towards commercial spaceflight. The company aims to sell such launches for 90 million euros, which is a fair price to rocket your car in space.

Ph

oto

: Sp

aceX

6 | N! mei 2018

Luna festivalLast March, the first edition of the Luna Festival was held. During this two-day-long event, which took place on the 18th and 19th of March, the doors of the new building opened for everyone. The visitors could enjoy themselves with a day full of culture, free live music and workshops, organized by the Scala associations. The festival was organized to celebrate the opening of Luna (former Potentiaal). Besides the Scala associations, Luna houses over 400 students, a supermarket, a lecture hall and a bar. The bar is open during week days from 8:00 till 02:00 and even in the weekends. It is called the Hubble Commu-nity Café and offers drinks and meals for a student price.

MomenTUm comesto townStarting next year, the board of the TU/e has decided to combine several ceremonial events. The inten-tion is to combine the opening and the closing of the academic year, the academic awards ceremony, the Bachelor's graduation ceremony and the dies natalis. The new combined event will be called “MomenTUm” and will be held on the 21st of September.

The day will start with the graduation ceremony at our own department. The executive board of the university has promised that there will be enough time for each depart-ment for their own Bachelor's graduation ceremony, as was stressed by the department board. In the afternoon there will be a central ceremony where all the graduates are honoured. Afterwards, there will be a party, compa-rable to the opening of the academic year's party.The exact program of the day will be announced soon. Altough not all departments will join MomenTUm this year, the Department of Applied Physics will participate in the first edition.

Too late again?The times they are a-changin’. Bob Dylan’s words never rang so true. The period from January to March saw our alarm, oven and microwave clocks running ever further behind. Why? These clocks use the 50 Hz frequency of the electricity network as a refe-rence. However, during the first quarter of this year the average network frequency fell to 49.996 Hz. This ever-so-small aberration, left alone for two-and-a-half months straight, resulted in a seven-minute grid delay.

The European Network of Transmission System Opera-tors (ENTSO-E) is charged with maintaining exactly 50 Hz. To ensure this, they require every country to contribute a particular share of power. However, due to a political crisis between Serbia and Kosovo, they weren’t contributing their share. Starting in March, ENTSO-E regained control and, by temporarily overclocking the grid by 0.1 Hz, returned the situation to normal by the end of that month. So if you were wondering why on earth your alarm clock was suddenly running seven minutes ahead, after having reset it just a month earlier, this is why.

Ph

oto

: Bar

t va

n O

verb

eeke

Ph

oto

: Cu

rso

r

N! mei 2018 | 7

English at the coffeemachineStarting from the first of January 2020, the Eindhoven Univer-sity of Technology will have English as an official language. This holds for the Executive Board, education, research and the supporting services. The new policy means that Dutch will become the informal language at our university.

The university has several reasons to change the official language. According to the university, the internationa-lization of both research and education and the open community it wants to build are main arguments to change the language. Other arguments are about the employee participation. To give everyone the same chance to get into participation councils, the language should be English.

To help students and staff with this transition, the university offers several courses to smoothen the transition. These courses will handle subjects like writing and speaking in English. A more detailed plan will be presented soon, as the university needs time to investigate the appropiate English level for the different type of staff members.

The decision to go all-English comes at a time that the anglicisation is already a subject of considerable poli-

Experimenteel Dispuut KlemKuIn the beginning of February a new fraternity in formation has been established: “Experimenteel Dispuut KlemKu”. KlemKu has been established by a group of second-year students and will try to fulfill several purposes. They will organize activities for the members of Van der Waals, try to improve the interaction between Van der Waals members and to reduce the interprovincial gap.

tical and civil debate. Just recently the Dutch House of Representatives posed questions to the Ministry of Education, Culture and Science regarding the desirability of the ongoing anglicisation in higher education. Concur-rently, the interest group Beter Onderwijs Nederland, who previously petitioned the Dutch government to stop the, in their opinion unfounded, use of English in higher education, has even decided to take the matter to court.

Reducing theworkloadThe Executive Board has established a plan to reduce the workload of personnel at the TU/e. In their plan they want to combine current initiatives with new methods. These methods range from a numerus fixus to extra personnel and leadership workshops.

The workload at the TU/e is high. Due to the growing student numbers, the amount of work has increased for both the scientific and the supporting staff. Further-more, the amount of time necessary for a research proposal to obtain sponsoring or a subsidy as well as the increasing workload from administrative tasks, are putting the staff under ever-increasing pressure

However, the pressure is not only due to the high workload. According to the Executive Board it is also partially caused by the means of cooperation at our university and the way of leadership. That’s why the board also wants to address these topics.

Ph

oto

: Pix

cie

Ph

oto

: Hea

lth

y B

uil

din

gs

2015

Eu

rop

e

8 | N! mei 2018

COLUMN

Elke TU/e-bachelorstudent wordt er bij de eerste kick-off mee doodgegooid: Professionele Vaardigheden (PRV’s). Alle bachelorstudenten moeten elk jaar de zes PRV’s afronden: presenteren, verslag-vaardigheid, plannen en organiseren, reflecteren, informatievaardigheden en samenwerken. Het doel van PRV’s is om te zorgen dat een student na zijn of haar studie niet alleen veel vakkennis heeft, maar ook een voorsprong krijgt in het be-drijfsleven. Zeker in de technische sector, die niet bepaald geroemd wordt om zijn sociale kracht is dit geen slecht idee.

Je zou verwachten dat PRV’s zodanig worden ingezet dat ze goed aansluiten op het curriculum. Echter worden vaak kleinere projecten, die eigenlijk maar een paar dagen (of uren) kosten, opgevuld met zeven weken aan inhoudsloos plan-nen, verplicht vergaderen en reflecteren na elke keer dat een groepslid koffie gaat halen.

Een goed voorbeeld is het majorvak DBL: Signals & Systems (onder TN-studenten: “balletje balletje”). Hierbij moet door middel van regeltechniek magnetische levitatie worden gerealiseerd tijdens een zeven weken durend project in een groep van zes studenten. Ditzelfde project werd een paar jaar terug nog in drie dagdelen gedaan door twee studenten. Tegenwoor-dig is het hele vak echter opgevuld met nietszeggende vergaderingen, reflecties, presentaties en vragenuurtjes. Ook is aanwezigheid nog eens verplicht waar-door je het merendeel van de acht uur per week met zes man rond een laptop staat.

Natuurlijk valt er veel te leren van het project, maar een van de doelstellingen is ook duidelijk om zoveel mogelijk PRV’s in het vak te stoppen, zodat andere vakken zich gewoon op inhoud kunnen focus-sen. Bijna precies hetzelfde kan gezegd worden over Engineering Design waar je bij de vergaderingen en huiswerkop-gaven wekelijks te horen krijgt wie welk schroefje dit keer weer is kwijtgeraakt. Dit krampachtig verweken van PRV’s in vakken zorgt ervoor dat ze meer een ver-warrende verplichting zijn dan een nuttige aanvulling.

Om dat verplichte gevoel nog eens extra te stimuleren heeft de TU/e besloten dat vakken niet kunnen worden afgesloten als aan de bijbehorende PRV’s niet is vol-daan. En dat terwijl ze vaak geen enkele overlap hebben met het desbetreffende vak. Zo kun je Analyse 2 niet halen zonder een reflectie over je eerste jaar wiskunde te schrijven (zelfs als het je keuzevak is) en zak je voor Elektromagnetisme als je geen planning voor je vakkenpakket maakt. Maar ja, het is dan ook algemeen bekend dat Maxwell zijn vergelijkingen pas kon opstellen nadat hij had besloten om toch de USE-leerlijn “The secret life of light” te volgen.

Eisen dat PRV’s moeten worden gehaald, zorgt ervoor dat ze onder vakdocenten eveneens niet heel serieus worden geno-men. Het valt te merken dat het meren-deel van de docenten van mening is dat de PRV’s bij hun vak weinig zeggen over de beheersing van het vak. Bij een vak-introductie wordt dan bijvoorbeeld ook

doodleuk uitgelegd dat de PRV presente-ren met ‘voldoende’ of ‘onvoldoende’ zal worden beoordeeld, maar dat iedereen altijd wel ‘voldoende’ krijgt.

Los van de krampachtige manier waarop met PRV’s wordt omgegaan, zijn ze vaak op een kinderachtige wijze uitgevoerd. Bij trainingen en presentaties wordt gedaan alsof een TU/e-student nog nooit met anderen heeft samengewerkt en dat elk puntje negatieve kritiek meteen moet worden opgevolgd met een (soms verge-zocht) compliment. Hierdoor krijg je dat studenten dit soort trainingen en presen-taties niet meer serieus nemen en dat er bar weinig van blijft hangen.

Wat ik graag zou willen zien zijn PRV’s die aansluiten op lesstof, waarvan het nut duidelijk is, en die uitdagend en op niveau zijn. Een goed voorbeeld hiervan is verslagvaardigheid bij beide Experimen-tele Fysica’s, maar het feit dat ik na een kwartier niet met een tweede voorbeeld kan komen spreekt boekdelen.

Uiteindelijk zijn vaardigheden als plannen, schrijven en samenwerken in professio-neel verband onmisbaar en is het feit dat de TU/e hierop in wil zetten alleen maar te prijzen. Het idee van PRV’s is goed, zeker in een sector die niet bekend staat om zijn sociale kant. Helaas zijn het de krampachtige invulling en de kinderach-tige uitvoering die ervoor zorgen dat de huidige PRV’s niet werken. —Door: Robert de Keijzer (freelancer Van der Waals)

Waarom PRV’s niet werken

Foto

: Will

em M

ou

wen

N! mei 2018 | 9

Ion traps like the one we see in this photo are used daily in dozens of laboratories around the world to study very small collections of atoms under finely controlled circum-stances. Extremely low temperatures, a high vacuum and a trapping electric potential provide the control neces-sary to manipulate small numbers of atoms such that they can be used as atomic clocks or quantum computers.

This particular photo, however, provides quite an extraordinary view: right in the middle between the trapping electrodes which are spaced only 2 mm apart, we see a tiny, shiny speck. This is a single strontium atom which has been trapped in the device.

David Nadlinger, PhD student at the Ion Trap Quantum Computing research group at the University of Oxford, took the photo in the group's lab late on a summer night last year. While it is true that people have been able to image few-atom systems for quite some years using techniques like electron microscopy as well as optical methods, the picture Nadlinger took is a unique feat. That's because the photo was taken as a single exposure with a regular DSLR camera. The fact that this is even possible is quite mind-boggling!

Of course, the bright little dot we see is not the actual outline of the atom. Atomic diameters are in the angstrom to nanometer range, and the dot in the photo appears to be about a hundred micrometers in diameter. This effect is rather similar to the

way stars look when photographed from Earth: in photos they appear as dots which are much larger than you would expect them to be by just considering the size of the stars. The blur-ring which causes these point-like sources to appear spread-out on photographs is explained by the finite angular resolution of cameras. Limiting factors are light refraction and imperfections in the optics as well as imperfect focussing and camera shake.

The light we see has been radiated by the atom under illu-mination by a laser. Since there is only a single atom in the trap, this radiation is produced discretely: one photon at a time. A photon of laser light comes in to excite the atom to a higher energy state, which after some time relaxes back to the ground state by releasing a photon, thus emitting light. Since this absorption and re-emission of photons happen so blazingly fast - several billion times per second - the radiation generated by the single strontium atom is intense enough to be picked up by a household camera on a long exposure time.

Since fields of physics that concern the atomic or quantum scale are notoriously tricky to wrap one's mind around, pictures like this one serve as a welcome reminder that objects and phenomena at these scales are firmly embedded in the large-scale world we see!

—By: Jeff Schulpen (editor Van der Waals)

One lonely atom

Ph

oto

: Dav

id N

adlin

ger

FYSICAFL!TS

10 | N! mei 2018

De weg van de minste weerstandHet klinkt misschien veel, maar een derde van de wereld-energieconsumptie gaat op aan wrijving. Best gek dat we eigenlijk niet precies weten hoe wrijving werkt. Pakweg vijf eeuwen geleden legde Leonardo da Vinci al het fundament voor hoe we natuurkundig naar wrijving kijken. Hij meende dat de wrijvingskracht berekend kan worden door de normaal-kracht werkend op een voorwerp dat op een oppervlak ligt of beweegt te vermenigvuldigen met een constante, de zogenaamde wrijvingscoëfficiënt. Helaas stonden deze belangrijke conclusies alleen in zijn notities en werden nooit gepubliceerd. Ze bleven dus lang onopgemerkt.

In 1699 herontdekte de Franse uitvinder en natuurkundige Guillaume Amontons deze wetten, die nu zijn naam dragen. De drie Wetten van Amontons zijn: (1) de wrijvingskracht is recht evenredig met de toegepaste belasting, (2) de wrijvings-kracht is onafhankelijk van het schijnbare contactoppervlak en (3) dynamische wrijving (als een voorwerp over een oppervlak schuift) is onafhankelijk van de (relatieve) snelheid. Hoewel deze wetten initieel met scepsis werden ontvangen, kwam het experimentele bewijs uiteindelijk in 1781 door Coulomb. Ja, dat is inderdaad dezelfde Coulomb die de elektrostatische aantrekking of afstoting tussen twee geladen deeltjes in een wet vatte. Sindsdien staan de wrijvingswetten als een huis.

Tot voor kort. Recent hebben onderzoekers van de Univer-siteit van Amsterdam (UvA), ARCNL en uit Duitsland een paper gepubliceerd in Nature Communications dat het fundament onder deze wetten weghaalt. Hoewel de wrij-vingskracht inderdaad direct evenredig is met het echte contactoppervlak, schaalt het contactoppervlak niet-lineair met de normaalkracht, wat een schending is van de combi-natie van de Eerste en Tweede Wet van Amontons.

De onderzoekers zijn hier achter gekomen door een nieuwe methode te gebruiken waarmee het daadwerkelijke contac-

toppervlak op nanometerschaal als functie van opgelegde belasting kan worden gevisualiseerd. Hiertoe brengen de onderzoekers een monolaag moleculen aan tussen een ruw kunststof microdeeltje en een glad oppervlak van glas, zie linker illustratie hieronder. De moleculen hebben een zeer speciale eigenschap: onder druk krijgen ze fluorescerende eigenschappen. Dit betekent dat ze onder beschijning van licht bij voldoende druk zelf licht (van een lagere golflengte) gaan uitzenden. Door dit licht met een fotodetector op te vangen, kan het daadwerkelijke contactoppervlak tussen het sferische deeltje en het glazen oppervlak met indrukwekkende precisie in kaart worden gebracht, zie rechter illustratie hieronder.

Essentieel is de oppervlakteruwheid van de materialen. De auteurs verklaren het niet-lineaire gedrag met behulp van contactsimulaties, die zowel rekening houden met het elasti-sche (reversibel) gedrag tussen de oneffenheden op het micro-deeltje onderling als met de plasticiteit (niet-reversibel) van de interactie tussen de oneffenheden en het gladde oppervlak.

Eerste auteur Bart Weber deed dit werk als onderdeel van zijn promotie aan de UvA en werkt nu als postdoc bij ARCNL, het onderzoekscentrum toegespitst op nanolitho-grafie dat onder meer een samenwerking is tussen de UvA en ASML. De bevindingen van zijn onderzoek hebben diep-gaande implicaties voor bijvoorbeeld de wrijving die silicium-wafers ondervinden in de nieuwe lithografiemachines van ASML. Zo diepgaand zelfs dat een deel van het proefschrift voor pakweg anderhalf jaar niet openlijk toegankelijk is.

Geïnteresseerd? Het artikel is open access beschikbaar in Nature Communications 9(888), 2018, met doi 10.1038/s41467-018-02981-y. Delen van Barts proefschrift zijn te vinden op hdl.handle.net/11245.1/335c2c36-192b-4e79-82e5-50142ac18ab6.—Door: Ferdi van de Wetering (redactielid VENI)

N ≈ 100 mN

10 μm

Expe

rimen

tM

odel

N ≈ 200 mN N ≈ 400 mNIll

ust

rati

es: n

aar

fig

uu

r 1

en 2

uit

B. W

eber

, et a

l., N

atu

re C

om

mu

nic

atio

ns

9

(88

8), 2

018

on

der

Cre

ativ

e C

om

mo

ns

Att

rib

uti

on

4.0

-lic

enti

e(c

reat

ivec

om

mo

ns.

org

/lic

ense

s/b

y/4

.0)

Ruwballetje

Rheometer

Balletje

Microscoop-objectief

Dekglaasje metmoleculen

Laser

N

N! mei 2018 | 11

Sonia, could you tell us something about yourself?I am Sonia Gómez Puente. And to give you some personal details: I am originally from Madrid (Spain) and I have been living in the Netherlands for over 17 years. I have two kids with my Dutch husband. I did my Master's in ‘Educational Sciences and Technology' (Toegepaste onder-wijskunde) at Twente University, so my background is in education. During my studies, I specialized in ‘curriculum development’. Afterwards, I did my PhD at the Eindhoven School of Educa-tion (ESoE) at the TU/e. My research field was ‘Design-Based Learning’ or in short, DBL (OGO, ‘Ontwerpgericht Onderwijs’). At this moment, I work at the Applied Physics department, where I, for example, implemented the DBL educational form together with the lecturers in courses like ‘Physics in Perspective’ and ‘Signals and Systems’. What is your job in our department?In this department, I work as an Educa-tional Policy & Quality Assurance Advisor. My main task is to develop and imple-ment educational policies to improve the quality of education both at study-program level and at course level. In order to achieve this goal, I carry out different intertwined tasks within my function. These tasks are a) a quality assurance advisor, b) an Education Policy Advisor and c) providing educational support for lecturers to introduce innovations in their courses. That means I have three ’hats’, which all fall under the same umbrella,

to take the Applied Physics study programs to excellency in education.

With my Quality Assurance Advisor hat on, I try to get the big picture of the problems courses are facing. I do this by critically studying benchmarking rankings of AP programs of other Dutch universities, reviewing students’ ques-tionnaires, analyzing the quality of exams, evaluating pass rates of courses and attending the STOOR study councils. I then ask myself questions like ‘How does the course perform now? How did the course perform in previous years? What changes have been made to the course? What is the pass rate of the course in comparison to previous years?’, etc.

"I have three hats that fall under the same umbrella."Then, I try to take another perspective, namely the one of the Education Policy Advisor. I look at the link between the different problems. What are the reasons for a low pass rate? Were they caused by problems with the low attendance of students to instructions? Were there problems with the quality of the study material? Were there enough moments to practice? What are the didactical skills of the lecturer? Even more importantly: was there sufficient feedback to students regarding their learning progress? Based

Three hats, one goal: QualitySTOOR

on the answers to these questions, I develop an improvement plan together with the lecturers. The course then has to be adjusted and sometimes some educa-tional innovations need to take place, for instance including additional online mate-rial to practice exam questions. In that stage, I actively support lecturers in the implementation of the proposed improve-ments. And that is my third and final role, or ‘hat’, with my background in education.

What do you think of the new online environment(s)?As you probably know, over the last years we have integrated more and more digital/online systems and methods. Right now, the teaching staff makes use of Canvas, digital assessment, student-activation methods (such as clickers during lectures), OnCourse, web lectures and pencasts. I am positive about the

Sonia Gómez Puente. Courtesy: Sonia Gómez Puente.

To educate the coming generation of students, cutting-edge education is needed. Education that trains students to work at the frontiers of science and techology. Education that can answer the individual needs of the students. Education that has Quality (with the mysterious capital Q). But what if the number of students grows? Can our education then still have Quality and meet all the individual needs? And what about digitized education systems? Can they play a role of significance for our students? In this interview, we ask Sonia Gómez Puente to share her insights.

12 | N! mei 2018

to guarantee the quality of education we stand for at this department.

What can people expect from you in the future?I have some projects running right now. We just submitted a proposal to make use of the Teacher and Teaching Assis-tants in education to support lecturers to introduce innovations and to lower their working load, while maintaining a high quality of education. We requested more student assistances to help in the introduction of practice test ques-tions in Cirrus or to develop, for instance (online) study material (of course under supervision of the teachers) among other tasks. Furthermore, PhD candidates can support our teaching staff to develop, improve and upgrade the experimental set-ups in the experimental courses.

"Students need individual feedback on their progress."Another project I am working on right now is to introduce ‘blended learning’ (i.e. face-to-face education supported by IT tools) at department level and not only at course level as it happens right now. The reason we are developing this plan is also because we need to go and grow towards the vision of Educa-tion 2030. Introducing online learning becomes a priority, as well as hands-on and interdisciplinary education. For that reason, I work together closely with the responsible teachers of the two DBL courses and the experimental courses.

I want to see how excellency in educa-tion becomes a reality in our depart-ment and I want to see it with my own eyes. Having said this, I feel more and more enthusiastic to keep working hard towards the goals of Education 2030! —By: Niels Smith (editor STOOR)

use of all these digital/online systems, simply because we are facing challenges nowadays such as the large number of students, who learn and study in a different way than in the past. Therefore, we should introduce teaching and learning methods that offer support to meet those changing needs. The introduction of blended-learning (i.e. combination of IT tools and face-to-face education) is already deeply integrated in some courses. Shortly, we will introduce Cirrus, the new digital assessment platform that will replace Oncourse in due time.

"Digital systems should work at our service."

Cirrus is not yet fully rolled out. There are some pilots running already at other departments and we will soon start at the AP department. What is interesting about this system is that it allows us to test large groups of students, with their computers. These computers can then be closed off from access to internet and other sources, which makes testing waterproof and extremely safe. What is most important is that the new digital platforms work at the service of the teaching staff so that they can be helped and students can benefit from them.

What do you think of the Studio Classroom concept?Some years ago I wrote a paper together with prof. Henk Swagten based on his experience with the implementation of the Studio Classroom. The Studio Classroom was introduced in the course ‘Introduction to Quantum Physics’ as an educational form that integrates lectures, instructions and self-study time in blocks.

When we evaluated the study perfor-mance of the students in that course, we identified multiple positive results. Some factors contributing to this success were weekly clickers tests, regular feedback and the set-up of the course itself, namely that the Studio Classroom is also aligned with the students’ short study span. So, from an educational and didactical point of view, the approach of

Studio Classroom brings opportunities for classroom interaction and variation, which are key techniques for effective teaching.

But then again, not every course needs a Studio Classroom. The educational form used depends entirely on the learning outcomes, the course content, the difficulties a course faces, the lecturers’ teaching style and the needs of the students. The point is, students should first get a deep understanding of the most important concepts and then apply them in practice by solving problems. If the traditional way of teaching works (e.g. two hours of lectures, then two hours of instruction), why change it?

However, if for some other courses, the new educational approaches and methods work better, we should use those. The lecturer can also acti-vate students and create variation by adding or combining other educational (blended-learning) methods to support the students population who are still lagging behind. This is for instance the case in the Applied Natural Science (TNW) course, where Richard Engeln has introduced web lectures and screen-casts, as well as the tutor groups. Another example is the Optics course, where Jürgen Kohlhepp makes use of pencasts to convey important concepts.

What students need is frequent and individual feedback on their learning progress. Whether we reach this with a more traditionally oriented or modern educational form such as the Studio Classroom does not matter.

What is your opinion on the growing number of students at our department?Our department indeed has to deal with a large influx of students. Since naturally not every student is the same, there are many individual needs to address. Some students learn faster than others. Some students prefer to study at home, while others prefer to study on the campus. But for me, this does not pose a problem. It is a real challenge though! And challenges are there to be surmounted. It makes my job more interesting. We need to be creative enough to come up with new solutions, probably blended-learning among others,

N! mei 2018 | 13

COLUMN

Op de zesde verdieping van N-laag, ik vind gewoon dat we nog over N-laag mogen praten. Als fysicus ben ik, zoals velen met mij, de hele dag met inno-vatie bezig, dus je mag als tegenhanger in het leven best een paar dingen uit een soort nostalgie behouden.

Op de zesde verdieping van N-laag stap ik regelmatig de lift uit. Bijna was deze regelmaat verbroken, echter de standvastigheid van de aanwezigen op de laatste algemene ledenvergadering van VENI heeft deze dwaling van het bestuur om weten te buigen. In de tentamenweken heeft VENI de Borrel, punt uit. Ook dat moeten we behouden.

"De Borrel moet de Borrel blijven!"

Op de zesde verdieping van N-laag stap ik regelmatig de lift uit en constateer dan de aanwezigheid van een soort van niet-lineaire dipool. Eén ruimte, één dakterras, twee barretjes, twee culturen, één muur ertussenin. Het moet een erg complexe golfvergelijking zijn om deze dipool te beschrijven. Ik waag me er niet aan. Wat ik wel constateer is dat het in de tenta-

menweken in het N-laag-deel van deze tweedeling erg gezellig is. Zo gezellig dat ik de VENI-borrels het hele jaar in mijn agenda vooruitplan, en er de nodige prioriteit aan geef. Het lukt niet elke keer om er te zijn, maar wel vaak. Na afloop ben ik weer bijgepraat over de funda-mentals of physics van Hans van Leunen en de Airport-politiek van Klaas Kopinga. Hoewel Klaas en ik steeds vaker over kleinkinderen praten. Daar kan ik tegen-woordig ook over meepraten. Heel leuk.

Tegenwoordig kun je een keur van speciaalbieren in elke horecagelegen-heid in Nederland krijgen. De trend is gemeengoed geworden. Kun je hieruit concluderen dat we zijn uitgeïnnoveerd?

Het SVTNJDvdW-bestuur van het illustere jaar '82/'83 van de vorige eeuw (ik had het voorrecht om daar deel van uit te mogen maken) heeft indertijd de eerste steen gelegd voor deze goede gewoonte. Nu speciaalbier niet meer speciaal is, zou ik de huidige en toekom-stige Borrelcommissies willen uitdagen om het concept in elk geval in stand te houden. De trend in de horeca waait wel over, maar de Borrel moet de Borrel blijven, met een groot assortiment aan lekkere bieren. Op de zesde verdie-ping van N-laag, met dakterras, met

of zonder tussenmuur. O ja, en N-laag is ook niet in het Engels te vertalen. Hebben we dat ook meteen gehad.

"In de tentamenweken heeft VENI de Borrel, punt uit."

Terugkomend op innovatie. Als ik op de zesde verdieping van N-laag naar buiten kijk, zie ik veel zonnepanelen. Prima! Verder weet ik dat er in een gebouw verder veel onderzoek gedaan wordt om het rendement van een zonnecel verder te verhogen. Nog een factor twee? Dat is haalbaar, toch? Zelfs met een heel hoog rendement blijft er een uitdaging bestaan: waar laten we die zonnecellen met zijn allen? En wat doen we met de stroom die er hortend en stotend uit komt? We hebben altijd geleerd dat er niets zo veranderlijk is als het weer, maar daar-entegen is er ook niets betrouwbaarder, want de zon komt elke dag weer op.

“Op de daken van huizen is nog plaats zat”, hoor ik iemand roepen en dan kunnen we de stroom mooi direct gebruiken om de wasmachine te laten

Op de zesde verdieping van N-laag

14 | N! mei 2018

draaien als de zon begint te schijnen. Wat we over hebben, stoppen we in de accu die met vier wielen eronder op de stoep staat. Wat we verder nog over hebben, wordt via een handelsplatform keurig netjes aan iemand anders verkocht.

Al het bovenstaande is er en wordt in sneltreinvaart geïmplementeerd de komende tijd. Het cosmetisch maximum van dit (dak)oppervlak wordt in Nederland waarschijnlijk eerder bereikt dan het technisch potentieel.

"Wat doen we met de stroom die hortend en stotend uit zonnepanelen komt?"

Op de daken van alle bedrijfsgebouwen roept iemand anders. Ja, dit gaat nog veel sneller op het moment. En op een plat dak van een grote distributie-doos is het goed meters maken, en je ziet er niets van. Gratis oppervlak! Binnen een paar jaar wordt er waarschijnlijk geen bouw-vergunning meer afgegeven als er geen zonnepanelen op een dak zitten. Over

een jaar of vijf hebben we waarschijnlijk het technisch potentieel hiervan bereikt (en dan zonder subsidie). Mooi, toch?

Het volgende oppervlak is de grond. De meest laagwaardige stukken eerst. Ik mag me daar momenteel de hele dag druk om maken. Maar ook hier bereiken we in Nederland over een paar jaar het potentieel, om de doodeenvoudige redenen dat we onze natuur natuurlijk willen behouden, onze boeren voort moeten ploegen en het oog ook wat wil als we door Nederland rijden (we willen er niets van hoeven zien).

En dan?

De zee op, net als wind? Er wordt al hard over nagedacht en druk geëxpe-rimenteerd. De netaansluiting is geen probleem. Die kabels liggen er al en zo niet, dan komen ze er wel, zelfs voordat we de benodigde mechanische en mate-riaalkundige technologieslagen gemaakt hebben. Ik doel dan op de koppeling tussen het zonneceloppervlak en het wateroppervlak in een zout milieu en dat alles tegen een prijs van onder de 3 cent per kilowattuur. Daar zijn we nog niet.

De woestijn in? As we speak worden er in het Midden-Oosten projecten

gestart die energie gaan leveren tegen de genoemde kosten. De zon laat zich daar wat meer zien, maar dat is ook maar een factor twee. De vraag blijft hoe we die energie netjes, goedkoop en poli-tiek stabiel bij alle afnemers krijgen. Een mondiaal netwerk van hoogspanningsge-lijkstroom? Waarschijnlijk niet. Vervoeren in de vorm van moleculen in plaats van elektronen, dus via de waterstofroute? Waarschijnlijk wel voor een groot deel, ook al zijn hier voor- en tegenstanders.

"Zonnestroom voor 3 cent per kilowattuur? Daar zijn we nog niet in Nederland."

Wat het ook wordt, de trein rijdt verder (ook op groene stroom).

Over praten? Op de zesde verdieping van N-laag tijdens de VENI-borrel.

—Door: Jos Schlangen (VENI-lid, Borrel-bezoeker en werkzaam in de solar, alle drie zo ongeveer sinds het begin)

Foto

: tp

sola

r.n

l

N! mei 2018 | 15

Before delving into the topic, I'd always thought that traffic flow can be described by the same equations that govern the flow of water and gases. As it turns out there is a truth to this story, deeply embedded in traffic research. For one, variants of the Navier-Stokes equations have indeed been succesfully employed to describe traffic phenomena for almost seventy years now. What I wouldn't have guessed though, is that the connection between traffic and physics runs much deeper.

Cellular automataThere's physics to be found at any scale of traffic observation. At the microscopic level, considering all vehicles as separate entities, you could try to resolve a huge set of differential equa-tions to determine how traffic moves. Conversely, you could simulate the cars using a cellular automation model. Such a model discretises the road into seperate cells which either do or don't contain a car. The dynamics of each car is then deter-mined based on the collective behaviour of its neighbouring cars. Tweaking parameters such as vehicle density and mean speed, these models can indeed predict the onset of traffic jams. Fundamentally, this hints at the fact that traffic jams are some form of self-organisation, which is also found in a lot of physical systems. So that's traffic engineers using physical models to reproduce results that can also be found in physics. Cool, huh?

By the way, the concept of cellular automata was first thought up by mathematician and nuclear physicist Stan-islaw Ulem as a model for describing crystal forma-

tion. Together with John van Neumann he refined this model for the description of liquids in the 1950s.

Macroscopic or mesoscopic, it's all thereMacroscopical analysis has an even more straightforward link to the realm of physics. I surely wasn't the first one to sit in my car and think: "Let's do some Navier-Stokes!" By recasting the mass balance into a conservation of vehicles and the momentum balance into a conservation of mean vehicle speed, equations for macroscopic traffic flow can be derived which are very similar to what Herman Clercx teaches in the Bachelor’s course of Physics of Transport Phenomena. A result from macroscopic traffic theory that I found particularly appealing, is discussed further on. Stokes shock-wave theory answers a question that I have wondered about many an exasperated time...

"Let's do some Navier-Stokes!"Mesoscopically, we could consider looking at traffic ensem-bles. So that gives us the possibility to speak of vehicle speed distributions, density distributions and all manner of fluctuations to whatever variable we're considering. Recasting traffic theory in this way, allows us to employ a wide range of techniques from statistical physics. Traffic then reduces to a particular flavour of gases. The kinetic theory of gases dates back to days of Daniel Bernoulli, somewhere in the mid-18th century,

VARIA

It’s 7:28 on the A58 near Tilburg. A painstakingly slow procession of cars, trucks and the occasional motorcycle crawling their way to work fills the entire motorway, the frequency of braking lights flashing on second only to the incessant muttering about ‘horrible traffic’ that has surely filled every cabin by now. Those who are bound for Eindhoven know that this carefully orchestrated parade will be repeating itself three more times in the coming 35 minutes. Left with nothing to do but switching between first and second gear, this gets one thinking about the “whys” and “hows” of traffic jams. Could traffic in general be described by some kind of Navier-Stokesesque transport equations? Or is there something more going on? Flow, nonlinear mechanics, phase transitions, density-fluctuation-induced traffic jams, self-organisation; traffic theory teems with them. Let’s take a look at how much physics can tell us about one of the more persistent problems in 21st-century life.

What can physics tell us about traffic jams?

Ph

oto

: htt

ps:

//b

eeld

ban

k.rw

s.n

l, R

ijksw

ater

staa

t / H

enri

Co

rmo

nt

16 | N! mei 2018

Figure 1: The relationship between vehicle flow q and vehicle density

d as given by the kinematic wave theory. The (theoretical) maximum

capacity of the motorway is reached at the point (dcrit,qcrit). The propaga-

tion of a traffic jam is given by the green line. Its fixed slope slows that

the velocity of shock waves is constant with respect to flow and density.

and has been steadily improved upon since then. Traffic engi-neers thus build on the seminal achievements by the likes of Benoit Clapeyron, James Maxwell and Ludwig Boltzmann.

One of the early macroscopic models still widely used today is the kinematic wave model (or the Lighthill-Whitham-Richards model, for the gourmets among you). Honour where honour’s due, much of the groundwork for this method was already laid down by George Stokes (yes, it’s the man himself) some hundred years earlier, predating the development of what is now dubbed the “modern car” by four decades.This powerful result is called the Stokes shock-wave formula and it is used to date to describe how the information of a traffic jam moves through lines of cars (see figure 1).

Daily nuisance: random brakingIt answers a question we’ve all – dispirited by the tenth round of braking in five minutes’ time during rush hour – asked at one point or another: “What’s up with all that random braking?” Why is everyone braking just to accelerate again a second later? Well, a single braking car way up ahead can set off a chain of events moving backwards through the line of vehicles (characteristically at some 20 km/h). At some point then, this wave reaches us. By that time the culprit has most likely already moved on, none the wiser of the cascade of braking cars left in his or her wake.

"Traffic engineers build on seminal work by the likes of Clapeyron, Maxwell and Boltzmann."

One of the pioneering works in traffic research, the kinetic wave theory provides many interesting insights in congested traffic and accurately addresses some of the troubling problems. Particu-larly, it provides an answer to the question why congested traffic occurs upstream from a motorway bottleneck e.g. a slip road joining the main motorway or the merging of two lanes. What it does not describe, however, is how traffic jams can spon-taneously occur in free flow. Nor can it explain more complex spatiotemporal patterns that have been found in real-life traffic.

Three-phase traffic theoryOne attempt to explain some of those more intricate spatio-temporal patterns is the three-phase traffic theory by Boris S. Kerner developed during the turn of the century. Without going into undue detail, what I find particularly appealing about it is the way it focuses on traffic phases and phase transitions. It determines sets of traffic states that together form specific phases much like the phases we find in thermodynamics. In doing so it provides compelling arguments for the mechanisms underlying the nucleation of traffic jams in initially free-flowing traffic, something many traffic models still struggle with.

Kerner's model is unique in that it distinguishes three sepa-rate traffic phases rather than two: free flow (F), synchronised flow (S) and wide moving jams (J). The first speaks for itself;

the other two constitute what is in many other models (as well as in everyday discourse) referred to as a traffic jam. The crucial difference between the two is that a wide moving jam propagates through motorway bottlenecks without so much as a glance, whereas synchronised flow is caught at the bottleneck. Just think of a slip road joining the motorway. if you're stuck in a jam before the slip road then start picking up speed immediately after passing it, you were in S. If you're still driving in a jam after the slip road, you're stuck in J.

Kerner's model has some interesting consequences for the nucleation of traffic jams. F can't spontaneously result in J, something that other traffic models do conclude (but which doesn't agree with empirical data). All transitions have to go via S. This transition, in accordance with other models, becomes more likely the closer you get to dcrit, while also allowing for the possibilily of spontaneous congestion in metastable free flow. Just like the cellular automaton approach, Kerner's model results in self-organisation i.e. order from spontaneous fluctuations.

From now on, I'll sit out traffic jams peacefully. After all, to bemoan the physical reality of traffic jams is about as logical as getting angy over gravity. Or as my fellow N! editor Korneel Ridderbeek puts it: "Hate the drivers, not the jam."—By: Jens Peter Frankemölle (editor Van der Waals)

shock wave

Flow

(q)

qcrit

dcrit Density (d)

Want to know more?Prof.dr.ir. Serge Paul Hoogendoorn, professor at TU Delft, teaches an entire (free) online course at MSc level with the goal "to gain insight into theory and modelling of traffic flow operations, to learn to apply theory and mathematical models to solve practical problems and to gain experience with using simulation programs for ex-ante assessment studies." You can check it out here: https://ocw.tudelft.nl/courses/traffic-flow-theory-simulation/

N! mei 2018 | 17

I bet that everybody has had lenticular cards in his or her youth. Do you remember them? Those cards which showed different images depending on your viewing angle. They were printed with cats, dogs, horses, Disney characters, and much more. Some say that "flippos" with Pokémon images were the most renowned by far. Actually, these images were an early attempt of the industry to go into holographic technology. Did you ever wonder how these cards are able to do what they do?

Lenticular screenTo build a lenticular screen, you basically cut up two pictures in ribbons then alternately paste those on a screen. Looking at such pictures would make your eyes hurt or your brain go dizzy. However, thanks to a special lens the size of two ribbons the light is bent. This unique lens configura-tion is able to simply block the light from a particular picture when viewing it from certain angle. This leads to those very desirable "moving" pictures from our past, when we were shaking our heads like crazy to see that horse run faster!

Holography

VARIA

On hearing the word “hologram” one immediately thinks of Tasha Yar’s 3D representation communicating with Starship Enterprise or Yoda’s 3D figure being cast on a kitchen table by R2D2. This might seem movie magic. However, we are getting closer and closer to that technology. The depictions of holograms have inspired technological advances in, among others, the field of optics. The desire to make the first virtual phone call, much like Bell's first phone call, is driving researchers more and more.

If the viewing angles of the two pictures are close enough to normal incidence, then both eyes see different images. Looking straight at these images would therefore result in a three-dimen-sional image in our brain. Namely, obtaining left and right infor-mation of a picture allows us to interpret depth dependencies. This is all nice, but a better application than post cards cannot be achieved with such technology. Luckily, mankind has made a leap forward in technology to get closer to Star Trek's setting.

Parallax screenParallax literally means a difference in apparent position of an object when viewed along two different lines of sight. And that is exactly the conclusion of the previous paragraph. So, how did mankind make a leap then?! Well, the images displayed with lenticular screens are almost always static images. However, thanks to parallax barriers we are now able to also depict dynamic images in three dimensions. One of the first big commercial launches of devices with such screens, and probably the most renowned one is the Nintendo

Ph

oto

: Sta

r W

ars:

Ep

iso

de

III R

even

ge

of

the

Sit

h

18 | N! mei 2018

3DS. The device appeared in 2011 and gave its owners the ability to play Nintendo games in three dimensions.

Similar to the lenticular screens the parallax barriers show different pictures to each eye. However, this time there is no need for funny lenses and weird configurations, because a simple blocking, or barrier, screen is used to withhold the light from going into both eyes. With the growing pixel number per centimeter companies could apply this technique commercially to let us experience and enjoy three-dimensional gaming.

You might think: “Hey, that's cool! Why don't we have parallax-barrier TVs then?” The answer is: “There are, but...” There are several disadvantages to this technique. Namely, lenticular and parallax screens are made for a specific viewing distance, viewing angle, and refractive index of its viewing medium. Therefore, parallax-barrier TVs can be enjoyed by one family member watching movies in three dimensions. However, the others are staring at a dizzying, headache-creating screen. Your family will be grateful if you get home with such a TV...

Real holographyWe have been able to push movie ideas from the 60s to become (partial) reality in half a century. So, I am excited for the next half! It sure started off great already. In their 2011 Science paper, Miyu Ozaki, Jun-ichi Kato, and Satoshi Kawata proposed a terribly clever method for constructing color holo-grams. These three Japanese show three-dimensional holo-graphic color reconstruction with the use of surface plasmon polaritons (SPP). SPPs are collectively oscillating electrons that propagate as a surface wave with optical frequencies. This quantum creature allows researchers to confine light at a length scale much smaller than the wavelength of light. This enables them to capture a three-dimensional image at the nanoscale.

These researchers recorded an interference pattern of an object, in their case an apple, at three wavelength regimes; red, green and blue. The interference patterns can be super-imposed on a plasmonic metal film to represent the image. Upon illumination a virtual image is created opposite to the viewpoint in a high-refractive-index medium (glass-backing). It is experienced as seeing the image through the plas-monic film in the glass behind it. This is similar to looking at a bubblegram where three-dimensional objects are engraved in glass. However, this time the image is virtually constructed with SPPs! With white-light illumination these SPPs reso-

A parallax barrier (top) displays two different images to both eyes by

blocking light from the opposite image. A lenticular screen (bottom)

displays two different images to both eyes by bending the light with a

special lens. Source: Cmglee, Wikipedia.

RL

RL

RL

R L

Screen

Parallaxbarrier

Left eye

Right eye

RL

RL

RL

R L

Screen

Lenticularlens

Left eye

Right eye

nate at a particular wavelength, enhancing a particular color. Therefore, the image can be reconstructed in RGB colors.

Until now researchers have only been able to create static three-dimensional images with this technique. This is due to the fact that an interference pattern for particular objects has to be created. When technology advances we might be able to compute these interference patterns for any given image. In that case we can drive this system electri-cally to generate dynamic three-dimensional images. So far, this technique seems promising, because plasmonic three-dimensional images really can be viewed from all directions.

We are getting closer and closer to Star Trek's holographic video chats. I am looking forward to what the future has to offer for holographic media. Perhaps you will be reading this magazine three-dimensionally in a couple of years!

—By: Korneel Ridderbeek (editor Van der Waals)

Holography factsDénes Gábor, a Hungarian scientist, was the first to produce a static hologram via a similar interfe-rence technique as Ozaki, Kato, and Kawata did. However, he already was able to perform this experiment seventy years ago! He came up with the idea that for perfect optical imaging all informa-tion that light carries matters; not only the ampli-tude, and the wavelength, but also the phase.

N! mei 2018 | 19

20 | N! mei 2018

P!CTURES

Van-der-Waalsgala, poker tournament and more!

N! mei 2018 | 21

Brought to you by:

Kia ora! Welcome to New Zealand

Na 24 uur vliegen landde ik afgelopen najaar aan de andere kant van de wereld om daar aan mijn buitenlandse stage te beginnen. Aan de University of Auckland heb ik gewerkt aan een geothermisch project en in mijn vrije tijd heb ik de prachtige natuur van Nieuw-Zeeland mogen bewonderen.

De keuze voor Nieuw-Zeeland was snel gemaakt. In eerste instantie wilde ik graag dicht bij huis blijven, ik ben niet zo’n avontu-rier. Maar ik zag het al voor me, elke maand mijn vriend op bezoek en anders mijn ouders wel, en als het even niet gaat dan vlieg ik toch gewoon even naar huis. Heel fijn en veilig natuurlijk, maar soms moet je even uit je comfort zone stappen. En wat mij betreft is dat exact waar de buitenlandse stage om gaat. Dus koos ik voor een van de meest (geografisch) geïsoleerde landen ter wereld, Nieuw-Zeeland. Dat was natuurlijk niet de voornaamste reden voor mijn keuze. Nieuw-Zeeland zou, naar mijn mening, gewoonweg het mooiste land ter wereld zijn. En het heeft zeker niet teleurgesteld.

CultuurNieuw-Zeeland mag dan wel een van de meest geïsoleerde landen ter wereld zijn, het is zeer westers en iedereen spreekt Engels vanwege het Brits koloniaal verleden. De oorspronkelijke bevolking zijn de Maori, hun cultuur wordt zeer gerespecteerd en is nog overal terug te vinden. Alhoewel Nieuw-Zeeland al in 1642 werd ontdekt door een Nederlander, vestigden de eerste Europeanen zich er pas rond de 19e eeuw. De laatste decennia groeit vooral het aantal Aziatische immigranten snel. De Nieuw-Zeelanders, ook wel Kiwi’s genoemd, hechten ontzettend veel waarde aan hun land en het behoud van de natuur en het milieu, iets wat in Europa weinig voorkomt. Tijdens de verkiezingen van 2017 waren bijvoorbeeld de vervuiling van meren en rivieren en de hoge methaanuitstoot van de vele koeien een paar van de belangrijkste onderwerpen. Het landschap wordt ook zo min mogelijk aangetast door infrastructuur. Zo rijd je van Glenorchy naar Milford Sound op het Zuidereiland ruim 300 km om een bergketen heen, terwijl de plaatsjes hemelsbreed maar 40 km van elkaar vandaan liggen. Een tunnel aanleggen en daarmee het geliefde berglandschap aantasten, is uitgesloten.

Ik vestigde me voor twaalf weken in Auckland, de grootste stad van Nieuw-Zeeland, waar ruim een kwart van de totale bevol-king woont. Auckland is verdeeld in veel verschillende wijken, met ieder een eigen karakter. Ikzelf woonde in Grey Lynn, niet de beste wijk om in te wonen vanwege de vele zwervers, maar wel relatief dicht bij het Central Business District (CBD) waar de universiteit gevestigd zit. Grey Lynn grenst ook aan de hippe wijk Ponsonby, waar veel studenten wonen en je de leukste barretjes en clubs kan vinden. De meeste buitenlandse studenten verblijven de eerste week na aankomst in een hostel en bezichtigen tijdens die week allerlei huizen om er zo zeker van te zijn dat ze niet worden opgelicht via een of andere verhuur-website. Gelukkig was het mij wel gelukt om voor vertrek een goede woonplaats te vinden. Ik belandde bij een artistiek gezin, dat maar liefst vijf vrouwelijke studenten in huis haalde. Het was de ideale combinatie van een hele warme huiselijke sfeer met toch allemaal leeftijdsgenoten van over de hele wereld.

Mijn huisgenootjes uit Duitsland, Mexico, Canada en Spanje.

22 | N! mei 2018

VARIA

Hiken in de omgeving van Whatipu Beach, een van de zwarte stranden

ten westen van Auckland.

N! mei 2018 | 23

OnderzoekIk geef eerlijk toe dat ik naar Nieuw-Zeeland ben gegaan voor het land en niet zozeer voor de wetenschap. Desalniettemin vond ik een heel interessant project dat direct te maken had met Nieuw-Zeeland. Via de vakgroep WDY belandde ik bij vader en zoon O’Sullivan die zich specialiseren in geothermal reservoir model-ling aan de University of Auckland. De groep onderzoekers onder leiding van de O’Sullivans werkt aan modellen van geothermische reservoirs; gebieden onder het aardoppervlak die heet water en/of stoom bevatten. Deze modellen kunnen onder andere door ener-giebedrijven gebruikt worden om op een efficiënte en correcte manier het hete water/stoom uit de grond te halen voor elektrici-teitsopwekking. De link met de industrie is hier dus erg groot.

Het project waar ik aan mocht werken was dan ook heel anders dan ik gewend was. Het was zeer toegepast en niet echt diepgaand, misschien niet de grootste uitdaging voor een echte natuurkundige. Tijdens mijn stage modelleerde ik een deel van de Alpine Fault, een aardbreuk die door bijna het hele Zuidereiland loopt. Met een heel basaal model onderzocht ik het warmtetransport in de breuk. Het model was gebaseerd op een enkele meting en heel veel aannames. Met mijn gebrek-kige kennis van geologie en geofysica werden de meeste aannames door mijn begeleiders gemaakt. Ik vond het soms erg lastig om alle informatie zomaar aan te nemen, vooral omdat er vaak erg weinig achtergrondinformatie bij gegeven werd.

"Van vulkanen en zwart zand tot ruige berglandschappen, gletsjers en jungle-achtige bossen, je vindt het allemaal in Nieuw-Zeeland."

De meting waar mijn model ook op gebaseerd was, was gedaan door een aantal geologen. In een boorgat van 900 m diep vlak bij de aardbreuk deden zij onder andere temperatuur- en drukmetingen. De temperatuurgradiënt die ze in het boorgat vonden was uitzonderlijk hoog, vaak gevonden in vulkanische gebieden. Echter was dit geen vulkanisch gebied. Met de experimentele waarden uit het boorgat hadden de geologen een numeriek model opgesteld en de conclusie getrokken dat deze hoge temperatuurgradiënt te wijten was aan een gigantisch geothermisch reservoir dat vlak bij de aardbreuk moest liggen. Omdat het niet om een vulkanisch gebied ging, vonden mijn begeleiders deze conclusie onwaarschijnlijk. Het was mijn taak om aan te tonen dat de warmte ook via de aardbreuk omhoog kan komen en zo een hoge temperatuurgradiënt kan creëren.

Ondanks het vrij oppervlakkige niveau van het project, stond ik nog geregeld voor uitdagingen. Zo was er niemand anders die aan hetzelfde model werkte; en in combinatie met de drukke agenda van mijn begeleiders stond ik er vaak alleen voor. Ook was de werkcultuur heel anders dan ik gewend was. Mijn collega’s begonnen vaak pas na half 10 en op vrijdagmiddag werken was een uitzondering. Ook al hadden mijn begeleiders

het heel druk, de sfeer was toch relaxt en van mij werd weinig verwacht. Op mijn eerste dag werd meteen duidelijk gemaakt dat de hoofdzaak van mijn stage was om Nieuw-Zeeland te ontdekken, niet om keihard te studeren. Erg fijn om te horen, maar toch wel even wennen voor iemand als ik. Hard werken en hoge cijfers halen was altijd meer mijn ding. Toch was het heerlijk om voor drie maanden even een stapje terug te doen. Uiteindelijk vond ik de perfecte balans waarbij ik genoeg vrije tijd nam en me niet druk maakte en toch hard en zelfstandig werkte.

Als kers op de taart mocht ik in de laatste week van mijn stage mee naar de New Zealand Geothermal Workshop in Rotorua, dé stad als het gaat om vulkanische activiteit. Tijdens deze jaarlijkse conferentie presenteren geologen, geofysici, reservoir modellers en energiebedrijven uit voornamelijk Nieuw-Zeeland en enkele Aziatische landen hun onderzoek op het gebied van geothermie. De eerste spreker was heel toevallig de geoloog die de metingen in het boorgat bij de Alpine Fault had gedaan. Hij presenteerde het artikel waar mijn project op gebaseerd was. Veel van mijn collega’s gaven een korte presentatie over hun onderzoek. Het was heel interessant om te zien waar zij precies mee bezig zijn. Ook waren enkele afgevaardigden van Maori- stammen aanwezig om het belang van een goede samenwerking te benadrukken. Als geothermische reservoirs op een verkeerde wijze worden geëxploiteerd, kunnen geisers en hete baden, die voor de Maori van grote culturele waarde zijn, verdwijnen. Als cadeau mochten alle bezoekers van de conferentie het Maori-dorp Whakarewarewa gratis bezoeken. Samen met een paar collega’s heb ik daar de laatste dag van de conferentie besteed. Ook heb ik mogen genieten van een diner in een oud badhuis, het enigszins kleinschalige nachtleven en niet te vergeten, de heftige zwavellucht waaraan niet te ontsnappen is. u

24 | N! mei 2018

Auckland CBD gezien vanaf Mount Eden, een van de vele slapende vulkanen in de stad. Rechtsboven is ook Rangitoto Island te zien.

Op bezoek bij de Maori's samen met een paar collega's tijdens de

Geothermal Workshop in Rotorua.

kiekie) en Mount Eden Domain op Mount Eden (Maungawhau). Vanaf alle toppen heb je gegarandeerd prachtig uitzicht over de stad. Vanaf de haven in het CBD heb je ook nog de mogelijk-heid om een aantal eilanden te bezoeken. Rangitoto Island is een vulkaan die slechts 600 jaar geleden plotseling uit het water oprees. Nu kan je naar de top klimmen, door de lavagrotten klauteren en het pikzwarte gesteente bewonderen. Het eiland ernaast, Waiheke Island, kan haast niet méér verschillen van Rangitoto Island. Dit eiland is vooral geliefd vanwege de wijngaarden en de mooie stranden zoals Oneroa Beach.

Tijdens mijn stage heb ik ook nog The Coromandel bezocht, een schiereiland ten oosten van Auckland en waarschijnlijk een van de mooiste plekken in Nieuw-Zeeland. Hot Water Beach en Cathedral Cove zijn de hoogtepunten van The Coromandel, maar verder kan je op het hele schiereiland gaaf hiken en zijn de uitzichten adembenemend. Hot Water Beach is een strand met daaronder veel geothermische warmte. Als je een kuiltje graaft dan vult het zich vanzelf met (heel) heet water. Twee keer per dag, als het eb is (anders vult de kuil zich alsnog met het koude zeewater), zit het strand helemaal vol met toeristen die allemaal hun eigen hot tub hebben gegraven. Met vloed spoelt de zee alle hot tubs weg en is het weer een prachtig vlak strand. Ikzelf heb Hot Water Beach ’s avonds laat bezocht, een echte aanrader. We waren die avond de enigen op het strand en konden de beste plek uitkiezen. Niks is rustgevender dan naar de Nieuw-Zeelandse sterrenhemel kijken in een kuil met heet water met het geruis van de zee op de achtergrond.

Na mijn stage heb ik nog vier weken door heel Nieuw-Zeeland gereisd. Van vulkanen en zwart zand tot ruige bergland-schappen en gletsjers, helblauwe meren en gouden stranden, jungle-achtige bossen en prachtige watervallen, je vindt het allemaal in Nieuw-Zeeland. En op de groene heuvels dacht ik soms echt een Hobbit te zien, want als fan van Lord of the Rings word je ook zeker niet teleurgesteld. Ik ben nog lang niet uitgekeken op Nieuw-Zeeland en ik kan het land aan iedereen aanraden. Ik ga in ieder geval zeker nog een keer terug.

—Door: Kimberley de Haas

Vrije tijdu In de weekenden had ik genoeg tijd om Auckland te verkennen, maar het werd al snel duidelijk dat Auckland niet de place to be was. Auckland is eigenlijk het enige stukje Nieuw-Zeeland dat heel on-Nieuw-Zeelands is. De stad met de wolkenkrabbers en de vele Aziatische restaurantjes weerspiegelt weinig van de rest van het land. Er werd me dan ook vaak verteld dat ik elke kans moest aangrijpen om buiten Auckland mijn vrije tijd te besteden. Een van de beste bestemmingen om je weekend door te brengen, is aan de westkust vlak bij Auckland. De zwarte vulkanische stranden zoals Muriwai, Bethells en Whatipu zijn heel bijzonder en lenen zich uitstekend voor surfen, relaxen of een leuke hike.

Openbaar vervoer buiten Auckland is er eigenlijk niet en als je dan geen beschikking hebt over een auto, moet je je toch in Auckland vermaken. Gelukkig is er alsnog genoeg te beleven. Naarmate de zomer eraan komt, zijn er in de weekenden overal leuke markten en festivals te vinden. Ook de parken zijn de moeite waard om te bezoeken aangezien de meeste zich op slapende vulkanen bevinden. Zo ligt Auckland Domain op de Pukekawavulkaan, Cornwall Park op One Tree Hill (Maunga-

WETENSCHAP

Tijdens mijn promotieonderzoek werkte ik aan de vloeistofstro-ming in verdampende druppels en het effect van die stroming op kleine deeltjes in suspensie. Daarna heb ik vijf jaar gewerkt als projectleider van een Industrial Partnership Programme van NWO in samenwerking met ASML en Twente. In dit project, getiteld Fundamental Fluid Dynamics Challenges in Extreme Ultraviolet Lithography, bestudeerden we de reactie van drup-pels op de inslag van een korte laserpuls en het uitspreiden, uiteenspatten en stollen van druppels na inslag op een opper-vlak. Op de TU/e wil ik me blijven richten op onderzoek aan capillaire stromingen en druppels (al dan niet in contact met laserlicht), maar me ook verdiepen in een nieuw en uitda-gend onderwerp: capillaire stromingen in biovloeistoffen.

Laserinslag op druppelsLaserinslag op een absorberende vloeistofdruppel geeft een spectaculaire respons (zie figuur 1): de vloeistof gaat lokaal koken en een wolk van damp en mist spat ervan af (paneel a) of de vloeistof ioniseert waardoor er een plasma-wolk ontstaat (paneel b). Deze mist- of plasmawolk veroor-zaakt een terugslag op de druppel: die krijgt een harde klap, versnelt tot soms wel honderden meters per seconde en raakt sterk vervormd of spat zelfs uit elkaar. u

Vloeistofdruppels: spetteren, stollen en verdampen

Foto

: Han

nek

e G

eld

erb

lom

Sinds 1 januari jl. werkt Hanneke Gelderblom als universitair docent in de vakgroep Turbulentie en Werveldynamica aan de TU/e. Nu is dus een goed moment om haar en haar onderzoek aan jullie voor te stellen! Hanneke is afkomstig uit de vakgroep Physics of Fluids van de Universiteit Twente, waar ze negen jaar met enorm veel plezier heeft gewerkt aan allerhande problemen die te maken hebben met vloeistofdruppels. Wat ze precies heeft gedaan en nu bij ons aan de TU/e van plan is, zal ze uitvoerig uiteenzetten in dit artikel.

Figuur 1: De inslag van een 532 nm laserpuls van 10 ns op een rood

gekleurde waterdruppel geeft een spectaculaire respons! a) Een

niet-gefocusseerde laserstraal zorgt ervoor dat de vloeistof lokaal gaat

koken. De damp- en mistwolk die vervolgens van de druppel afspat leidt

tot een schokgolf in de omringende lucht en een terugslag op de drup-

pel, die daardoor een harde klap krijgt, versnelt en vervormt. De gele

gloed wordt veroorzaakt door fluorescentie van de rode kleurstof. b) Een

gefocusseerde laserpuls leidt tot plasmavorming (de witte gloed) en een

druppel die met een krachtige explosie uiteenspat in kleine fragmentjes.

Bron: Rev. Sci. Instrum. 88 095102 (2017).

N! mei 2018 | 25

u Onder gecontroleerde condities kan laserinslag gebruikt worden om druppels te vervormen in dunne pannenkoeken (figuur 2). Deze methode wordt gebruikt in de extreem ultravio-lette (EUV) lichtbronnen voor de nieuwste generatie chipmachines van ASML. Met een laserpuls wordt een druppel vloeibaar tin vervormd tot een pannenkoek, die vervolgens met een tweede, krachtigere laserpuls wordt omgezet in plasma. Dit plasma zendt het 13,5 nm licht uit dat gebruikt wordt in de EUV-machines.

De uitdaging van de eerste stap is om de druppel snel te vervormen in een zo groot mogelijke pannenkoek zonder dat

deze opbreekt in kleine druppels. In figuur 2 is te zien dat dit niet eenvoudig is: de krachtige terugslag van de laser zorgt voor enorme versnellingen in de druppel, die leiden tot het opbreken van de vloeistof. Twee vloeistofdynamische instabiliteiten spelen hierbij een rol. Ten eerste vertraagt de rand van de pannenkoek in de tijd, waardoor kleine verstoringen op die rand versterkt worden. Ten gevolge van deze Rayleigh–Taylor-instabiliteit vormen zich ligamenten, ofwel ‘vingers’, aan de druppelrand (figuur 2, paneel b). Die vingers zijn op zichzelf instabiele structuren, die opbreken in druppels onder invloed van opper-vlaktespanning (de Rayleigh–Plateau-instabiliteit). Ten tweede ervaart de druppel een enorme versnelling op de tijdschaal van de laserpuls, waardoor wederom verstoringen op het oppervlak aan de kant van de laser versterkt worden. Deze Rayleigh–Taylor-instabiliteit zorgt op veel latere tijdstippen voor gaten in de pannenkoek (figuur 2, paneel b) die groeien en een spinnenweb van vingers vormen. Dit web breekt vervolgens weer op in druppels. Met behulp van modellen kunnen we de tijdschalen en golflengtes die gepaard gaan met deze druppelfragmentatie voorspellen. Op die manier kunnen we de ‘optimale’ lasercon-dities bepalen voor de pannenkoekvorming: de puls moet niet te zwak zijn want dan blijft de pannenkoek te klein, maar ook zeker niet te krachtig want dan spat de pannenkoek uiteen.

Stollen, spreiden en spetterenVloeibare tindruppels die rondvliegen in de EUV-machine zorgen voor vervuiling van de optica en andere onderdelen. Als een druppel met grote snelheid inslaat op een oppervlak spreidt de vloeistof zich uit en ontstaan wederom groeiende versto-ringen ten gevolge van instabiliteiten. Dit proces leidt uitein-delijk tot het spetteren van druppels, waardoor weer nieuwe, nog kleinere druppeltjes de ruimte in geslingerd worden.

Wij hebben dit spetteren onderzocht tijdens de schuine inslag van druppels op een nat oppervlak. In EUV-machines komt deze situatie vaak voor, omdat onderdelen van de machine langzaam ‘gecoat’ raken met een laagje vloeistof. In figuur 3 zie je hoe zo’n inslag verloopt: zodra de druppel het vloeistof-oppervlak raakt, vormt zich een zogeheten ‘kroon’. Deze kroon zwiept omhoog, breekt op en creëert zo een spoor van spet-ters. Tegelijkertijd vormt zich onder het vloeistofoppervlak een

Figuur 2: De inslag van een laserpuls kan gebruikt worden om een drup-

pel te vervormen in een dunne pannenkoek. Het zijaanzicht (a) en voor-

aanzicht (b) van deze pannenkoek laten zien dat de vervorming leidt tot

fragmentatie van de vloeistof: aan de rand van de pannenkoek vormen

ligamenten (‘vingers’) die opbreken in druppels, terwijl er in het midden

van de pannenkoek gaten vallen.

Figuur 3: De schuine inslag van een vloeistofdruppel op een bad leidt tot

een ‘crown splash’ (a) in de lucht, terwijl zich onder het oppervlak een

holte vormt (a-c) waarover capillaire golven lopen (c). Botsing van deze

golven leidt tot een snelle jet (d) en de insluiting van een luchtbelletje

(e). De jet breekt vervolgens op in kleine druppels. Onder invloed van

oppervlaktespanning sluit de holte zich weer (f). Bron: Phys. Rev. Fluids

2, 083602 (2017).

a) b)

(a) t=0.02 ms (b) t=0.10 ms (c) t=0.28 msU

α

(d) t=0.66 ms (e) t=0.77 ms (f ) t=1.02 ms

200 μm

D

Curriculum VitaeHanneke Gelderblom

30 september 1985Eindhoven

Opleidingen2003 – 2009: Ba+Ma Biomedical Engineering, TU/e1997 – 2003: Vwo, Strabrecht College, Geldrop

Werkzaamheden2018 – heden: Universitair docent, vakgroep Turbu-

lentie en Werveldynamica, TN, TU/e2013 – 2018: Wetenschappelijk Projectleider Indus-

trial Partnership Programme Funda-mental Fluid Dynamics Challenges of Extreme Ultraviolet Lithography, NWO/ASML/Universiteit Twente

2015: Postdoctoraal onderzoekster École Polytechnique, Palaiseau, Frankrijk

2009 – 2013: Promovenda, Physics of Fluids, Faculteit Technische Natuur-kunde, Universiteit Twente

Foto

: San

der

Wil

dem

an

26 | N! mei 2018

holte. Over de wanden van deze holte loopt een capillaire golf. Wanneer de golffronten op elkaar botsen, ontstaat een snelle dunne vloeistofstraal die omhoog schiet. Deze straal breekt op in kleine druppeltjes. We hebben het spetter gedrag en de vorming van de holte onder het vloeistofoppervlak nauw-keurig in kaart gebracht en kunnen zo bepalen onder welke inslagcondities (inslaghoek, inslagsnelheid, druppelgrootte, etc.) en in welke richting spetters te verwachten zijn.

Bij de inslag van vloeibare tindruppels op koude oppervlakken speelt ook vloeistofstolling een rol. Deze stolling is van grote invloed op de maximale spreiding van druppels, de vorming van instabiliteiten (‘vingers’, zie figuur 4) en het spettergedrag. Door tindruppelinslag te bestuderen op doorzichtige saffier-oppervlakken konden we het uitspreiden en stollen in de tijd volgen en zagen we bijzondere patronen ontstaan (paneel a). Kleine verstoringen bevriezen al heel vroeg in de tijd en beïn-vloeden het verder uitspreiden van de druppel. Het uiteinde-lijke vinger patroon is te herleiden tot het druppelcentrum. Het aantal vingers neemt toe wanneer de inslagsnelheid van de druppel toeneemt (paneel b). Wanneer we de oppervlaktetem-peratuur verhogen tot boven het smeltpunt van de druppels zien we ook een toename in het aantal vingers. In dit geval verdwijnen de stollingspatronen en vormen de vingers zich pas veel later in de tijd. Met een model voor de druppeldyna-mica, druppelstolling en de vorming van instabiliteiten in een inslaande druppel kunnen we deze twee uitersten beschrijven (doorgetrokken en gestippelde lijn in figuur 4, paneel b). Ook ontdekten we dat stolling twee tegenstrijdige effecten kan hebben op het spettergedrag van druppels: enerzijds wordt het moeilijker te spetteren omdat de druppel bevriest voordat de vloeistof de kans krijgt op te breken (de vingers blijven vastzitten aan het saffieroppervlak), anderzijds vormt de snel stollende vloeistof obstakels op het oppervlak waardoor de resterende vloeistof verstoord wordt en juist eerder spettert.

Capillaire stromingen in biovloeistoffenIn mijn nieuw te starten onderzoek op de TU/e wil ik me naast water en vloeibaar metaal gaan richten op biovloeistoffen:

vloeistoffen met biologische of zelfs levende componenten erin, zoals bijvoorbeeld suspensies van bacteriën. Interactie van deze biologische componenten met een vrij oppervlak en capillaire (oppervlaktespanningsgedreven) stromingen is van groot belang voor allerhande (medische) toepassingen. Denk bijvoorbeeld aan het bioprinten van cel-suspensies voor tissue engineering, het vervuilen van oppervlakken door bacteriekolonies, het verspreiden van ziektes via niezen of uitgeademde druppeltjes, of het gebruik van kleine hoeveel-heden lichaamsvloeistof voor diagnostische doeleinden.

De eerste vraag waar ik me mee bezig ga houden is hoe patroonvorming van bacteriën plaatsvindt in verdam-pende druppels (figuur 5). De achterliggende gedachte is te onderzoeken hoe capillaire stromingen (zoals in een verdampende druppel) gebruikt kunnen worden om cel depositie te beïnvloeden, en in kaart te brengen wat de invloed van "confinement" van cellen op dit proces is.

In dit onderwerp komen mijn interesses voor fundamentele (vloeistof)fysica en biomedische technologie samen. De TU/e is op beide gebieden sterk en is voor mij daarom de ideale plaats om mijn onderzoek vorm te geven. Ik kijk uit naar de interactie met mijn nieuwe collega-onderzoekers en studenten!—Door: Hanneke Gelderblom (universitair docent vakgroep Turbulentie en Werveldynamica)

N

We

80

60

40

20

00 200 400 600 800 1000

-0.07

0.12

0.31

0.50

0.69

a) b)

Figuur 4: a) Onderaanzicht van een tindruppel die is ingeslagen op een

koud saffieroppervlak. Stolling zorgt voor de vorming van een patroon

van radiale strepen, die uiteindelijk overgaan in vingers. b) Het aantal vin-

gers N als functie van de dimensieloze inslagsnelheid (hier uitgedrukt in

het getal van Weber) voor verschillende dimensieloze oppervlaktetem-

peraturen, waarbij blauw koude oppervlakten voorstelt, en rood warme

(dat wil zeggen: warmer dan het smeltpunt van tin). De doorgetrokken

en gestippelde lijnen corresponderen met een theoretisch model dat het

aantal vingers voorspelt voor de verschillende oppervlaktetemperaturen.

Figuur 5: a) Patroonvorming in een verdampende druppel met passieve

polystyreendeeltjes erin. Bron: Phys. Rev. Lett. 107, 085502 (2011). b)

Wat gebeurt er met deze patronen als de deeltjes leven, zoals in

druppels met bacteriën?

On January 1st this year, Hanneke Gelderblom started as Assistant Professor in the group

Turbulence and Vortex Dynamics of Applied Physics. In recent years, she studied the interaction of short and intense laser pulses with microdroplets in the capacity of Project Lead for a Dutch collaborative science programme between academia (University of Twente), NWO and industry (ASML). She will continue to study this topic at the TU/e, but also extend it to biological fluids, such as those containing bacteria.

a)

b)

0.5 mm

N! mei 2018 | 27

De Voyager-missies zijn twee van NASA’s langstlopende missies, waarbij die van Voyager 2 officieel het langst is. De missie is voortgekomen uit het geannuleerde Grand Tour Program van NASA vanwege een tekort aan subsidie. The Grand Tour Program was een idee van NASA om vier ruimte-sonden te lanceren om de buitenste planeten van ons zonne-stelsel – Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus – te bezoeken. De reden van NASA voor dit project was een ideale positio-nering van de buitenste planeten voor een gravity assist.

Eind 1970 zouden de posities van de buitenste planeten een ideale kans creëren voor een ruimtesonde om ze alle-

maal te kunnen bezoeken door middel van gravity assists. Bij een gravity assist wordt de zwaartekracht van een planeet gebruikt als katapult om een ruimtesonde weg te schieten met minimaal brandstofgebruik. Dergelijke positi-onering van deze planeten gebeurt slechts elke 175 jaar.

Om toch gebruik te kunnen maken van deze situatie ondanks een tekort aan subsidie bedacht NASA een andere missie, twee ruimtesondes die alleen Jupiter en Saturnus zouden bezoeken: Voyager 1 en Voyager 2.

VoyagerVoyager 2 werd gelanceerd op 20 augustus 1977, zestien dagen eerder dan Voyager 1. Het orginele routeplan van Voyager 2 was om eerst langs Jupiter te gaan, vervol-gens langs Saturnus en tot slot naar een van de manen van Saturnus: Titan. Titan had veel interesse opgewekt omdat eerdere foto's lieten zien dat Titan een atmosfeer bezit.

Voyager 1 had precies dezelfde route en heeft de route ook sneller kunnen afleggen. Voyager 2 was namelijk een soort backup voor als Voyager 1 haar missie niet kon voltooien.

Het universum stond aan de kant van NASA: Voyager 1 heeft haar missie met succes kunnen voltooien dus kon Voyager 2 naast Jupiter en Saturnus ook Uranus en Neptunus bezoeken. Hiermee was het orginele “Grand Tour Program” toch voltooid. De missies van beide Voyagers werden verlengd, met als doel voorbij ons zonnestelsel te gaan met aan boord een bericht voor mogelijke aliens. De missie kreeg de naam “Voyager Intestellar Mission” (VIM).

Gouden plaatU hebt vast wel gehoord over de gouden plaat die meeging met beide Voyagers. Het is een koperen plaat met een gouden laag, die geschikt is om data op op te slaan. NASA wilde met

Op naar de sterren en daar voorbij!

WETENSCHAP

Velen van ons zullen deze motiverende quote kennen uit de film Toy Story van Pixar. Hier in de echte wereld heeft NASA iets soortgelijks uitgevoerd met de Voyager-missies. Twee ruimtesondes die nu allebei ergens in de interstellaire ruimte zweven met een bericht aan boord mochten aliens de sondes vinden in de verre toekomst.

Berekende snelheden van Voyager 2 na de gravity assists. Het plaatje

laat duidelijk het katapult-effect zien. Bron: Steve Matousek, JPL

(NASA).

Foto

: NA

SA

28 | N! mei 2018

deze plaat aan toekomstige aliens de geschiedenis van onze Aarde uitbeelden. Er zijn verschillende geluiden en foto's opge-nomen op deze plaat. Enkele voorbeelden zijn: de structuur van DNA, twee silhouetten van een man en een zwangere vrouw, een simpele cirkel en mensen bij verschillende bezigheden. Ook bezit de plaat begroetingen in 55 verschillende talen.

De omslag van deze plaat bezit een kaart om de aarde te vinden en een manier om alle data uit te lezen voor buiten-aardse wezens die waarschijnlijk geen enkele aardse taal kunnen spreken. De manier van communicatie op de omslag is in de meest fundamentele taal geschreven: wiskunde.

Op de foto zijn verschillende illustraties te zien. Rechts-onder ziet u twee ballen die aan elkaar zijn gekoppeld. Dat staat voor de spin-flip-transitie van een neutraal waterstof-atoom, dat is de transitie tussen twee energieniveaus van de 1s-grondtoestand van het waterstofatoom.

De transitie gebeurt met een frequentie van 1 420 405 751,7667 Hz. De periode is dan ongeveer 0,70 nanoseconden. Die laatste wordt gebruikt als tijdseenheid voor de rest van de illustraties waarbij instructies in binaire taal zijn geschreven. Een horizontaal streepje stelt hier een 1 voor en een verticaal streepje een 0.

Linksboven is de illustratie van de plaat weergeven met de naald rechts ervan. In binaire taal is de rotatiesnelheid beschreven, namelijk 3,6 seconden per rotatie. Eronder is de totale speelduur per kant weergegeven in binaire taal, wat ongeveer een uur is.

Linksonder bevindt zich een kaart met de locatie van onze zon met eromheen veertien bekende pulsars. Pulsars zijn snel roterende sterren die met een vaste periode elektromag-netische straling een kant op sturen. De straling is alleen te observeren wanneer de straal naar de aarde gericht is. Hieruit kan ook een frequentie brekend worden. De frequenties van de veertien pulsars zijn ook in binaire taal weergegeven.

Foto van de omslag van de plaat met illustraties. Bron: NASA.

Rechtsboven staan de instructies om de plaatjes van de plaat uit te kunnen lezen. Eronder is een plaatje van een kleine cirkel te zien. Dit is het eerste plaatje dat op de plaat staat en is een aanwijzing dat het deco-deren goed verloopt na het zien van dat plaatje.

En waar zijn ze nu? Zowel Voyager 1 als Voyager 2 zijn op zijn zachts gezegd erg ver van ons verwijderd. Voyager 1 zit al sinds augustus 2012 in de interstellaire ruimte. Voyager 2 moet nog even doorvliegen voordat deze zich ook in de interstellaire ruimte bevindt.

De grens van ons zonnestelsel wordt bepaald door de grens gevormd door de deeltjes van onze zon. De zon spuwt constant geladen deeltjes de ruimte in met een bepaalde snelheid. Deze deeltjes blijven doorvliegen tot ze niet meer verder kunnen door de druk van deeltjes van andere sterren. Dat punt wordt de grens van ons zonnestelsel genoemd of de “heliopause”.

Voyager 1 en 2 hebben meetinstrumenten aan boord die deeltjes van onze zon en deeltjes uit de interstellaire ruimte van elkaar kunnen onderscheiden. Door een plotselinge daling in gemeten deeltjes vanuit de zon werd geconcludeerd dat Voyager 1 de grens gepasseerd is en door de interstellaire ruimte zweeft.

De VIM zal doorgaan tot ongeveer 2025. Hierna zal de ther-monuclaire generator aan boord van zowel de Voyager 1 als Voyager 2 niet genoeg energie meer kunnen leveren. De instrumenten aan boord zullen een voor een uitvallen,totdat er ook niet meer gecommuniceerd kan worden met de aarde. Na het uitvallen van de instrumenten zullen de Voyagers door de ruimte blijven zweven tot ze iets raken. Vanaf dat moment kunnen we alleen maar hopen op een bericht terug.

—Door: Valan Llapjani (redactielid Van der Waals)

Plot van de meetdata van Voyager 1. Hier worden geladen deeltjes

gemeten die afkomstig zijn van de zon. Een sterke daling laat blijken dat

Voyager 1 de grens van het zonnestelsel gepasseerd is.

Bron: http://www.wikiwand.com/en/Heliosphere.

N! mei 2018 | 29

De transitie naar die 80% is te verwezenlijken door ons aan de Energieagenda te houden: een 120 bladzijden tellend document waarin beschreven staat hoe Nederland naar een CO2-arme energievoorziening overgaat. Want daar draait het uiteinde-lijk allemaal om: een verminderde uitstoot van CO2 zal ervoor moeten zorgen dat de gemiddelde temperatuur op Aarde niet meer dan 2 graden Celsius stijgt zodat we aan het Klimaatak-koord van Parijs voldoen. In figuur 1 is te zien dat de Neder-landse overheid in verschillende methodes voor het opwekken van duurzame elektriciteit investeert. Duidelijk zichtbaar is dat wind- en zonne-energie zeker in de afgelopen jaren grote sprongen hebben gemaakt. Windmolenparken in de Noordzee en steeds meer zonnepanelen op grote schaal in de industrie en op kleine schaal bij individuele consumenten dragen hieraan bij.

Zonnepanelen behoren tot de fotovoltaïsche (FV) technologie: technologie die gebruikmaakt van halfgeleidermaterialen die licht om kunnen zetten in een elektrische stroom. Fotonen met een energie groter dan de band-gap-energie worden opgenomen

Stand van de zon(necel)WETENSCHAP

Het opwekken van energie met behulp van zonnecellen heeft zich in de afgelopen jaren enorm ontwikkeld. Inmiddels kijken we er niet meer van op als het dak van een huis bedekt is met zonnepanelen; uit cijfers van het CBS blijkt dat steeds meer mensen zonnepanelen aanschaffen. De door zonnecellen opgewekte energie in Nederland is in de afgelopen tien jaar 55 keer zo veel geworden. De overheid wil ervoor zorgen dat in 2050 meer dan 80% van de energieopbrengst van Nederland van duurzame bronnen afkomstig is. Is dit doel realistisch? En welke innovaties op het gebied van zonnecellen kunnen hier aan bijdragen?

Figuur 1: De groei van de productie van duurzaam opgewekte

elektriciteit in de afgelopen jaren in Nederland. Bron: CBS.

door het materiaal. De energie van die fotonen wordt overge-bracht in een elektron en zijn positief geladen tegendeeltje, een elektronengat (ook wel: hole). Een intern elektrisch veld ten gevolge van dotering (het opzettelijk aanbrengen van kleine hoeveelheden verontreinigingen om de materiaaleigenschappen te veranderen) trekt elektronen naar een anode en gaten naar een kathode waardoor een gelijkstroom in het materiaal ontstaat. In zonnepanelen kan deze gelijkstroom direct gebruikt worden voor elektronische applicaties, of omgezet worden in een wissel-stroom en getransporteerd worden over het elektriciteitsnet.

Huidige FV-technologieën: wafersEr wordt onderscheid gemaakt tussen wafers en thin films (beide weergegeven in figuur 2). Allereerst worden de verschil-lende wafers behandeld. Het grootste aandeel van de globaal gebruikte zonnepanelen bestaat uit kristallijn silicium (c-Si) zon-necellen. Ruim 60% daarvan behoort tot de groep multikristallijn silicium (mc-Si), de rest is enkelkristallijn silicium (sc-Si). De hogere kristalkwaliteit van sc-Si materialen resulteert over het algemeen in een efficiënter ladingstransport en een hoger rende-ment, maar maakt het materiaal 20% tot 30% duurder dan mc-Si materialen.

Alhoewel c-Si zonnecellen wereldwijd grootschalig ingezet wor-den en ze waarschijnlijk tot 2050 de dominante FV-technologie blijven zonder dat ze verder ontwikkeld hoeven te worden, kleven er nadelen aan deze zonnecellen. Het grootste nadeel is de relatief slechte lichtabsorptie van c-Si, waardoor een dikke laag (in de orde van 100 µm) en een zeer puur materiaal (een kristalrooster dat voor 99,9999% uit silicium bestaat) nodig zijn voor efficiënte absorptie. Dit leidt tot grote, zware en breekbare zonnecellen met beperkte mogelijkheden op het gebied van flexibiliteit en design. Mogelijkheden tot innovatie zijn daarom gelimiteerd tot het verlagen van complexiteit en kosten van het productieproces, en het veranderen van het elektrodemateriaal.

Een ander materiaal dat uitermate geschikt is als basis voor zonnecellen is galliumarseen (GaAs). GaAs absorbeert licht erg sterk binnen het spectrale bereik van zonlicht (dat golflengtes van 290 nm (UV) tot 3200 nm (ver-infrarood) bevat) wat resul-teert in relatief dunne wafers. Ook verliest het relatief weinig

30 | N! mei 2018

Figuur 2: Overzicht van de structuur van huidige zonneceltechnologieën. Er wordt onderscheid gemaakt tussen wafers en thin films. Wafers hebben

relatief lage productiekosten en worden al op grote schaal geproduceerd, Thin films absorberen zonlicht efficiënter dan wafers en kunnen daardoor in

dunnere lagen gefabriceerd. De dikte van de verschillende lagen zijn op schaal. Bron: Jean et al., DOI: 10.1039/C4EE04073B.

energie in de vorm van hitte tijdens het omzetten van licht in stroom. Dit resulteert in het hoogste rendement voor een enkel-stof-systeem: 28,8% voor labcellen en 24,1% voor modules (een module bestaat uit meerdere labcellen, vandaar het verschil in rendement). Het enige nadeel van GaAs is dat er nog geen infrastructuur gemaakt is voor massaproductie en dat de huidige productie daardoor aanzienlijk duurder is dan die van c-Si.

Tot slot worden zogeheten III-V multijunction zonnecellen vervaardigd als wafers. De III en V in de naam wijzen naar elementen in groep III (Al, Ga, In) en groep V (N, P, As, Sb) van het periodiek systeem. Een opstapeling van combinaties van deze stoffen zorgen voor een profiel van verschillende band-gap-energieën, zodat een groter deel van het spectrum van de zon benut kan worden. Dit resulteert in ontzettend hoge rendementen, maar komt wel met een prijs. De fabricatie van deze structuren is complex en de losse ingrediënten zijn relatief duur, wat ze uitsluit van het gebruik op globale schaal. Ze zijn daarentegen wel marktleider in het gebruik voor ruim-tevoertuigen vanwege hun hoge weerstand tegen straling, geringe temperatuurafhankelijkheid en hoge efficiëntie.

Huidige FV-technologieën: thin filmsAlhoewel c-Si wafers momenteel de globale FV-markt domi-neren en andere op wafer gebaseerde zonnecellen daar waar-schijnlijk geen verandering in gaan brengen, zijn er andere FV-technologieën die op de lange termijn wellicht rendabeler zijn. Zonnecellen gebaseerd op thin films omvatten op dit moment ongeveer 10% van de globale capaciteit van FV-technologieën. De kans is groot dat dat percentage de komende jaren zal stij-gen. Thin films absorberen licht tien tot honderd keer efficiënter dan c-Si wafers, waardoor er significant minder materiaal nodig is voor een gelijkwaardige absorptie. Ook is de mogelijkheid tot massaproductie steeds toegankelijker met behulp van state-of-the-art fabrieken, al zijn er daar nog niet zo veel van als fabrieken voor wafers.

Het meest gebruikte materiaal voor thin films is cadmiumtel-luride (CdTe). Ondanks relatief hoge procestemperaturen (~500 °C) zijn de productiekosten per module het laagst voor alle

huidige thin film technologieën. In combinatie met een sterke absorptie over het gehele spectrum van de zon maakt dit CdTe een uitstekend materiaal als basis voor zonnecellen. Helaas zijn er zorgen over de giftigheid van Cd en de globale schaarste van het element Te wat de groei van de productie stagneert. Om die reden wordt er flink geïnvesteerd in alternatieve technologieën.

"De door zonnecellen opgewekte energie in Nederland is in tien jaar tijd 55 keer zo groot geworden."

Een van die alternatieven is gepassiveerd amorf silicium (a-Si:H). Amorf silicium (a-Si) is in tegenstelling tot c-Si een materiaal zonder duidelijke kristalstructuur. Het materiaal kan bij veel lagere temperaturen (~200 °C) gedeponeerd worden en is daarmee goedkoper te produceren en veelzijdiger toe te passen, omdat er bij die temperaturen verschillende plastics in verwerkt kunnen worden. Het passiveren van a-Si wordt gedaan door waterstof toe te voegen aan het materiaal. De waterstofmoleculen hechten zich aan oneffenheden in het materiaal en verbeteren daarmee het elektronentransport. Ook die stap is niet duur wat a-Si:H de goedkoopste thin film technologie maakt. Echter, dankzij een vrij lage efficiëntie (13,4%) en een relatief snelle afbraak van het materiaal ten gevolge van langdurige blootstelling aan zonlicht is de markt niet geïnteresseerd in het opschalen van deze technologie.

De derde huidige thin film technologie maakt gebruik van het materiaal koper-indium-galliumselenide (CIGS). Door een hogere absorptie-efficiëntie dan c-Si bij vergelijkbare band-gap-energie, is ook dit materiaal geschikt voor zonnecellen. Net zoals CdTe kan CIGS op een grote hoeveelheid substraten worden gedeponeerd waardoor het materiaal bruikbaar is voor veel verschillende toepassingen. Onder meer in de ruimtetechniek, net als III-V multijunction zonnecellen, zijn ze dankzij een hoge weerstand tegen straling erg bruikbaar. u

N! mei 2018 | 31

Figuur 3: Overzicht van de efficiëntierecords van verschillende fotovoltaïsche technologieën binnen de vastestoffysica sinds 1975. Dikgedrukt staan

de bedrijven en instituten die de huidige records in hand hebben, met in de rechterkolom hun respectievelijke efficiënties. Bron: NREL.

Toekomstige FV-technologieënu Tot nu toe zijn alleen technologieën behandeld die al in om-loop zijn. Er zijn daarnaast talloze experimentele technologieën die veelbelovend zijn op het gebied van productiekosten, absorp-tie-efficiëntie en rendement, en opschaalbaarheid. In figuur 3 staan de recordhouders op het gebied van het rendement van verschillende FV-zonneceltechnologieën. Daar staan de huidige c-Si-cellen (blauw), de huidige thin film zonnecellen (groen) maar ook opkomende nieuwe technologieën (oranje). De snelst groei-ende daarvan zijn de perovskietcellen. Die zijn uitgebreid aan bod gekomen in mijn artikel in de vorige editie van de N!.

De best begrepen technologie binnen deze nieuwe branche is dye-sensitized solar cells (DSS zonnecellen of DSSC). In deze cellen worden kleurstoffen gebonden aan titaandioxide-molecu-len die assisteren met de excitatie van elektronen. In tegenstel-ling tot de tot dusver genoemde cellen gebruiken DSS-cellen een vloeibaar medium voor het ladingstransport in plaats van een vast halfgeleidermateriaal.

Een laatste opkomende thin film technologie is er een die gebruikmaakt van koper-zink-tinsulfide (CTZS). Dit is het broertje van de CIGS-cellen, maar dan met elementen die overvloedig aanwezig zijn op de Aarde, in plaats van elementen die schaarste tegemoet kunnen gaan zoals indium. In figuur 2 is te zien dat de twee zonnecellen qua structuur veel op elkaar lijken. De enige grote uitdaging van CTZS-cellen is dat de koper- en zinkatomen vaak elkaars kristalroosterpunten overnemen, wat voor defecten zorgt in het ladingstransport in het materiaal.

De vraag naar zonnecellen zal de komende decennia blijven stijgen vanwege de groeiende vraag naar duurzame energie. Nieuwe en steeds betere FV-technologieën banen de weg naar een wereld waarin we niet meer gebruik hoeven te maken van uitputtelijke energiebronnen en een wereld waarin het klimaat onder controle gehouden kan worden. Voor niets komt de zon op, laten we daar gebruik van maken.—Door: Joep Nieuwdorp (redactielid Van der Waals)

In our ever-changing technological world, there is a universal problem that needs solving: the changing

climate. By signing the Paris Agreement in 2016, (nearly) all coun-tries around the world promised to make efforts to reduce their carbon footprint. One way of doing this is by investing in solar photovoltaic technologies. At this moment, the most common solar cells are prepared on crystalline silicon (c-Si) wafers, because of their simplicity and the natural abundance of silicon. However, because of the inherent low light absorption and fabrication process of c-Si, there is a global demand for higher-efficiency and cheaper technologies. The photovoltaic technolo-

gies can be divided into wafers and thin films (see figure 2). The latter is the most promising technology for the future because they absorb ten to a hundred times more light than silicon, thus requiring less material for the same efficiencies. This in turn reduces the amount of material needed, the weight of the solar cells and the cost of the production process. However, natural scarcity of the used elements, device structure complexity as well as production and structure scalability are hurdles that need to be overcome for these technologies. In the long run, investing in thin film technologies outweighs the continuous investment in silicon wafers. Anyway, the future of solar cells looks very bright!

32 | N! mei 2018

VARIA

VliegreisNormaal gesproken staat er op de donderdagavond, na de Borrel, een bus klaar voor de nachtelijke reis naar de bestem-ming. Vanwege de afstand is dit keer gekozen voor het vlieg-tuig. Na een lange reis met veel wachten en treinen, kwamen we aan in het Italiaanse Florence, waar we samen met alum-nivereniging VENI een weekend in een hostel verbleven.

LENSVrijdag stond een bezoek aan het European Laboratory for Non-Linear Spectroscopy (LENS) op het programma. Aange-zien we met een groep van veertig waren, moesten we al vroeg opstaan om op tijd te zijn voor de bus. LENS is gelegen in Sesto Fiorentino, een voorstad van Florence, redelijk ver weg van waar we verbleven. Eenmaal aangekomen werden we ontvangen met een kopje koffie en een algemeen praatje over het instituut. Na deze introductie kregen we in groepjes een

rondleiding door een aantal labs. We kregen onder andere een kijkje in het lab waar ze lasers gebruiken om ultralage tempe-raturen te bereiken in een gas. Hier worden nieuwe methodes ontwikkeld om moleculen af te koelen en te beheersen, wat toegepast kan worden om de resolutie van spectrosco-pische metingen te verbeteren. Ook wordt er onderzoek gedaan in onder andere de biofysica en fotonica en wordt er nauw samengewerkt met de universiteit van Florence.

Na een interessante dag bij het instituut aten we gezamenlijk in het hostel, waar ze een pasta bolognese hadden voorbe-reid. Voor 8 euro was de prijs-kwaliteitverhouding best prima. ’s Avonds dronken de meesten nog een biertje in de Irish pub tegenover het hostel, maar voor de meesten niet te veel, want de volgende dag ging de wekker wederom vroeg, voor het hoogtepunt van de reis: de gravitatiegolfdetector VIRGO.

VIRGODe bus stond ’s ochtends al vroeg klaar om ons naar VIRGO te brengen. Nog ongeveer anderhalf uur kon iedereen door-slapen, want zo lang duurde de reis naar Pisa, waar VIRGO vlakbij ligt. Aangekomen bij het terrein waar de detector staat, kwam de buschauffeur erachter dat het straatje naar VIRGO te smal was voor de bus, niet erg handig dus. Na een stukje om te moeten rijden, konden we er gelukkig toch langs. Eenmaal binnen gaf een Nederlandse onderzoeker, die al enige tijd bij VIRGO werkt, een introductiepraatje. Hij vertelde over de bouw, de werking en de successen van VIRGO.

De gravitatiegolfdetector VIRGO is een grote Michelson-inter-ferometer die bestaat uit twee armen van elk drie kilometer lang, die loodrecht op elkaar staan met aan het eind van elke arm een extreem nauwkeurige spiegel. Deze spiegels vergroten de lengte artificieel tot 120 kilometer. Dit maakt het mogelijk om zeer precieze metingen te doen, bijvoorbeeld de gravita-tiegolven die bij het samensmelten van twee zwarte gaten op een afstand van een miljard lichtjaar gevormd worden. u

Excursie VIRGOIeder jaar organiseert de Cocie een wetenschappelijke excursie naar het buitenland, om onderzoeksinstituten en universiteiten te bezoeken. Zo is een groep enthousiaste natuurkundestudenten al eens naar Greifswald afgereisd om de fusiereactor Wendelstein 7-X te mogen aanschouwen en zijn vorig jaar de Max Planck-instituten in Garching bezocht. Dit jaar in januari is een groep studenten, samen met alumnivereniging VENI, afgereisd naar Florence, om een bezoek te brengen aan de gravitatiegolfdetector VIRGO.

Rondleiding door de labs bij LENS.

N! mei 2018 | 33

u Na het interessante praatje, stapte de helft van de groep de bus in om naar het middelpunt van één van de armen te gaan. De detector was op het moment dat wij er waren niet operationeel, waardoor we overal konden kijken. Op het middel-punt van de arm staat een klein gebouw, vanuit waar de arm in elkaar gezet is. Na de bouw van de armen dient dit kleine gebouwtje als lab. Binnen was de indrukwekkend lange arm te zien onder de blauwe omhulling, zoals in de foto te zien is.

Tijdens het laatste deel van de rondleiding kregen we de laserkamer te zien, waar grote lasers en enkele spiegels stonden. Aangezien deze spiegels erg gevoelig zijn voor de kleinste trillingen, hangt er een arsenaal aan demping boven, om zoveel mogelijk van de ongewenste tril-lingen te dempen. Toen iedereen weer een beetje bijge-komen was, was het nog even tijd voor een groepsfoto en stapten we weer in de bus terug naar Florence.

Museo GalileoOndanks het vroege opstaan was de excursie naar VIRGO zeker de moeite waard en zeer indrukwekkend. Eenmaal terug in Florence bezochten we gezamenlijk het museum vernoemd naar de grondlegger van de experimentele natuur-kunde: het Galileo Museum. Na een korte stop bij het hostel, wandelden we richting het museum. Wandelend langs de rivier de Arno, die dwars door Florence stroomt, konden er mooie plaatjes geschoten worden van de stad. In het museum zijn vooral wetenschappelijke instrumenten van de Medici- en Lorraine-familie te zien en ook originele instru-menten van Galileo. Al deze mooie instrumenten hebben een grote bijdrage geleverd aan de biologische, mathemati-sche en fysische wetenschap. De één ging wat sneller door het museum dan de ander, maar wel even aandachtig.

"Ondankt het vroege opstaan was de excursie naar VIRGO de moeite waard en zeer indrukwekkend."

Na deze reis terug de geschiedenis in, was het tijd om Florence te verkennen. We wandelden met Italiaans ijs over de sfeervolle Ponte Vecchio en door Florence, op weg naar een goede Italiaanse pizza. ’s Avonds, de laatste avond, doken de meesten weer de Irish pub in om alle impressies van het weekend te bespreken. Anderen gingen nog de stad in tot in de late uren om het maximale uit het weekend te halen. De zondagochtend moesten we echter weer vroeg op, wat voor sommigen dus een zware en vooral korte laatste nacht bete-kende. Ondanks al het vroege opstaan en het lange reizen, was het voor iedereen zeker een zeer geslaagd weekend.

—Door: Gijs Arts (Cocie-lid)

Eén van de armen binnen de blauwe omhulling.

Groepsfoto bij VIRGO. Links VENI, rechts Van der Waals. Foto: Thijs Clevis Photography.

34 | N! mei 2018

N! mei 2018 | 35

Debye had a long career and was a very well-travelled man. He was a genius to rival the likes of Albert Einstein and Max Planck. In 1936, he received the Nobel prize for chemistry “for his contributions to our knowledge of molecular struc-ture through his investigations on dipole moments and on the diffraction of X-rays and electrons in gases”. Despite his numerous scientific achievements Debye wasn’t always the most-liked scientist. On the contrary, he was alleged by none other than Albert Einstein to have been a Nazi collaborator before coming to the United States. His status has been a controversial topic ever since the Second World War. There used to be awards named after him, but those awards were renamed in 2006, after the book of Sybe Rispens accused Debye of having been actively involved in cleansing German science institutions of Jewish and “non-Aryan" elements.

His career Debye was born in Maastricht in 1884 and completed his first degree in electrical engineering at the Aachen University. In Munich Debye successfully defended his PhD dissertation on radiation pressure. He developed a more efficient method to derive Planck’s radiation equation. Later in 1911, Debye stepped in the footsteps of Albert Einstein, a giant in the field of physics. Debye had an illustrious career, switching posi-tions frequently over the next 23 years. At the peak of his carreer, Debye took over the directorship of the Kaiser Wilhelm Institute for physics (currently named the Max Planck Insti-tute). This period is at the root of the contemporary contro-versy surrounding Debye, because during his directorship of the Kaiser Wilhelm Institute Adolf Hitler was in power.

Germany has always been a country famous for its scien-tists, but at the end of the 19th and beginning of the 20th century there were a lot even for German standards. In the interbellum (the period between the First and Second World War) science had a very international status. It was a very fruitful period for science with many conferences, collaborations and discussions between scientists. In this period science had a very good reputation. Almost none of the scientists were actively involved in politics and science was generally believed to be beneficial to mankind.

After the first year of Debye serving as director of the Kaiser Wilhelm Institute, the Third Reich openly started to use science to their advantage. This switched the orientation of the insti-

tute from a rather fundamental interest in science to an urgent need for better technical equipment to be used for the war. For many scientists, not only Peter Debye, this revolution had two faces: no longer would politics and science be separated and no longer would scientific discoveries be used to serve humanity but to serve the nation. The second face was the huge new financial impulse into the institute and science which enabled new research opportunities. During the interbellum many Jewish academics had been drawn to functions in theoretical physics. Although he helped some Jewish colleagues to leave the country, he remained at his position leading the institute, seemingly unmoved by the political missteps of the Hitler regime. However, in 1938 Debye fired all Jewish employees, actively contributing to the purging of the institute. In 1939, Debye’s role in the institute came under discussion and he was only allowed to stay on as director if he would change his citizenship from Dutch to German, which he declined. He was sent on a “vacation” to the United States and occupied a temporary position at Cornell university. Whether Debye was part of the Nazi regime, a collaborator or an ally to the allied forces has remained a point of discussion for a long time and will remain a controversial topic. If you are interested in more details about the discussion of Peter Debye you are referred to: “In naam der wetenschap? P.J.W.Debye en zijn carière in nazi-duitsland”. For us physicists I think we should remember Debye as a remarkable scientist. He developed the concept of dipole moment applied to charge distributions in asym-metric molecules, relating dipole moment to specific heat. He developed a theory to explain the Compton effect and thereby had great influence on the understanding of X-rays.

—Door: Aled Meulenbroek (redactielid Van der Waals)

Peter Debye

BNN

Known for his numerous awards in science, among which are the Max Planck medal, the Lorentz medal and the Nobel prize in chemistry, Peter Debye is yet another famous Dutch physicists. Although Debye has always had Dutch citizenship, much of his pioneering work was done abroad, which has been the origin for the controversy around him.

How do we know Debye? •

•

•

Debye shielding. In this phenomenon, plasma shields an electrostatic field.Debye length is the characte-ristic length unit which is used if there is Debye shielding.Debye unit for elec-tric dipole moment.

Ph

oto

: Ro

n M

oo

dy

36 | N! mei 2018

D!Y physics, make your own hologram! We all remember the Compact Disk (CD). The 700-mega-byte disk which made the use of floppy disks completely unnecessary. Some of you may still have a huge collec-tion of your favourite artists, fairly bought or not. Unfor-tunately, it looks like the same fate awaits these trusted spinning data carriers as befell the floppy drives. CDs became obsolete as time progressed. Newer laptop models do not even include a combo drive anymore.

Nostalgia aside, this edition’s D!Y may bring another use to your old CDs. Not necessarily the disks themselves, but rather the cover they came in. I’m sure that you are excited about holograms after reading Korneel's article. You can make your own holograms with the clear CD covers!

Here’s a list of things you will need to make your own hologram: • Ruler• Box cutter• Clear plastic from your CD cover• Glue or clear tape• A pen• Paper and scissors (optional)• Your smartphoneStep 1: Cut off the sides of the CD cover so that the piece of plastic lies flat on your workstation. Trace 4 trapezoids with a base of 6 cm, a top of 1 cm and a vertical line from top to bottom of 3.5 cm.

Step 2: Use the box cutter to carve in the traces. This way you can break off the pieces cleanly and easily.

Step 3: Glue or tape the four pieces together to create a pyramid shape as shown on the picture. Be careful with the glue; spilling something on the clear plastic may obstruct the projected image.

Step 4: Search for hologram videos on YouTube and place your pyramid in the middle of the screen.

N! december 2015 | 37

Solution to Cake, cake and even more cakeLast edition's puzzle was all about cake. A member of a committee had to give 100 cakes to the committee and divide them between five members according to how hungry they were.

The result is as follows. There is a common difference between the amount of cake received by each member, which we'll call Δ. Let's say the third member gets x cakes. With the common difference we get x-2Δ for the first, x-Δ for the second, x for the third, x+Δ for the fourth and x+2Δ for the fifth.

The third gets a perfect average 100/5=20 cakes. The first two members get seven times less cake than the three others so we get

7·[(20-2Δ)+(20-Δ)] = 20+(20+Δ)+(20+2Δ) or Δ=220/24 = 55/6.

Using this gives us the solution. The first member receives 10/6 cakes, the second member 65/6, the third member 20, the fourth member 175/6 and the fifth member 230/6.

We received a few submissions from hungry readers and the winners are Pim Keizer, Willie van den Dungen, Tobias den Hollander and Bart van der Heijden. The winners can pick up their Borrelbon in the Van-der-Waalskamer to celebrate their victory with a drink. Congratulations!

Ph

oto

: Scr

een

sho

t fr

om

Mrw

ho

seth

ebo

ss' v

ideo

D!Y

N! mei 2018 | 37

38 | N! mei 2018

COLOFON

De N! is een periodiek, uitgebracht door de Studievereniging voor Technische Natuurkunde “Johannes Diderik van der Waals”, STOOR en de alumnivereniging VENI. Alle drie de organisaties zijn verbonden aan de faculteit Technische Natuurkunde van de Technische Universiteit Eindhoven.

RedactieHoofdredactie: Robert Rompelberg (Van der Waals), Ferdi van de Wetering en Guus Vermijs (VENI).Eindredactie:Quirine Braat (Van der Waals).Overige redactieleden:Lasse Castenmiller, Lars van Ruremonde, Valan Llapjani, Aled Meulenbroek, Jeff Schulpen, Joep Nieuwdorp, Jens Peter Frankemölle, Amber Heskes, Korneel Ridderbeek, Yuri Janson (allen Van der Waals) en Niels Smith (STOOR).

Redactieadres:Redactie N! SVTN "J.D. van der Waals" Technische Universiteit Eindhoven Flux 6.179Postbus 5135600 MB EindhovenTel: 040-2474379E-mail: redactie@vdwaals.nl

Adverteerders:EMAS (achterkant)Ook adverteren? Mail naar extern@vdwaals.nl.

Oplage en verschijningsfrequentieDe N! verschijnt vier keer per jaar in een oplage van 1300 stuks. ISSN: 2468-3582

Grafisch ontwerp:Corporate identity: Linda van Zijp, StudioLIN Graphic Design. DPT: Redactie N!Coverfoto: Shutterstock, sdecoret

Drukkerij:Snep

Deze N! is mede tot stand gekomen dankzij de faculteit Technische Natuurkunde.

tue 22 MayKlemKu esKuproom

tue 8 MayBorrel XL 2018

fri 15 JunVeni BBQ

fri 22 JunHotweels lustrum Borrel

9-13 MaySmall study trip abroadThe destination of this year will be Krakow, Poland.

thu 7 JunPicnic Van der WaalsThe picnic is organized together with Thor.

N! mei 2018 | 39

For an up-to-date overview, see: www.vdwaals.nl or www.veni.nl

tue 12 JunSportcie Soccer Tournament Which team will score the most goals?

tue 28 JunGet-Together-Borrel

wed 16 MayBorrel beer tasting

tue 19 JunActive Members day

mon 4 Jun Theomos Rugby

tue 22 MayTU/e contest

wed 13 JunN-feest

thu 7 JunCurieus Cocktail Borrel

wed 30 May Committee interest BorrelMeet different committees during the Borrel.

wed 23 MayElection General Assembly

CALENDAR

Wat biedt EMAS jou?

Een deeltijd WO-masteropleiding (MSc) waar actuariële theorie en praktijk samenkomen

Speciaal (op maat) ontwikkeld om je in korte tijd te specialiseren als actuaris

Intensieve band met je medestudenten en een sterk netwerk

Alle hoorcolleges en praktijkopdrachten (cases) in Utrecht

Voldoet aan alle opleidingseisen voor de titel Actuaris AG (AAG)

Actuarieel Instituut®

E M A SEXE C U T I V E M A S T E R O F A C T U A R I A L S C I E N C E

STUDEREN WAT JEDAGELIJKS IN DEKRANT LEEST?

EEN NIEUWE GENERATIE ACTUARISSEN

SCHRIJF JE IN VOOR EMAS EN KIES VOOR DE KORTSTE ROUTE NAAR DE TITEL AAG, GA NAAR WWW.AG-AI.NL/EMAS

Als actuarieel professional heb je een bredemultidisciplinaire kennis van bedrijfsvoering eneen goed beoordelingsvermogen over definanciële en juridische gevolgen die risico’s metzich meebrengen.

Young ProfessionalsJe bent een (young) professionals met eenafgeronde academische achtergrond(Bachelor of Masteropleiding) in actuariaat,econometrie, scheikunde, natuurkunde, wiskunde of een vergelijkbare kwantitatieveopleiding.

Geïnteresseerd in wat EMAS jou te bieden heeft?Op basis van je vooropleiding stellen wij eenstudietraject op maat voor je samen. Heb jevragen of wil je meer informatie? Neem dancontact op met Leandra Pennartz, 030 - 686 61 90 of per e-mail leandra.pennartz@ag-ai.nl.

Start januari 2019

EMAS-mei2018 14-04-2018 07:00 Pagina 1