Omdat de eenheden ertoe doen

Wees gewaarschuwd: dit is de grootste muggezifterij die je zal tegenkomen op de Scheikundejongens. Maar het zijn de details die leiden tot perfectie. Ik kan me nog herinneren dat op de middelbare school men geregeld op z’n kop kreeg van de docent natuurkunde. Bijna iedereen vergat aan het einde van de som een eenheid achter de uitkomst te zetten. “No big deal” zou je zeggen, maar nu denk ik er anders over. Een overzichtje van mijn ergernissen.

De regels van het SI-stelsel

In 1960 werd het Internationals Stelsel van Eenheden ingevoerd. Daarmee wordt elke natuurkundige en scheikundige grootheid uitgedrukt in een eenheid. Er zijn een paar basiseenheden, met bijbehorende afkortingen: afstand in meter (m), massa (niet gewicht) in kilogram (kg), tijd in seconde (s), hoeveelheid in mol en zo nog een paar. Daarnaast zijn er ook nog een paar prefixen, ofwel, vermenigvuldigingsfactoren. De belangrijkste zijn kilo- en milli- (k- voor 1000 en m- voor 1/1000 respectievelijk), mega- en micro- (M- voor 106 en µ- voor  10-6 respectievelijk) en giga- en nano- (G- voor 109 en n- voor 10-9 respectievelijk). Een compleet overzicht vind je op de Wikipedia-pagina over het SI-stelsel. Alle andere eenheden zijn gebaseerd op deze basis-eenheden.

Dan nog de gróótste muggezifterij: tussen de grootheid en de eenheid hoort een spatie. Dat staat op pagina 133 van de brochure van het SI. Als je fan bent van LaTeX zou je daar nog een halve spatie van kunnen maken (met het numprint package) uit esthetische overwegingen. Let op dat het percentage-symbool (%) in het Engels wél met tussen-spatie wordt gebruikt, maar in het Nederlands niet. Einde discussie.

Volume: mL en ml

Het symbool voor een liter is een grote letter L. Een duizendste van een liter is dus een mL en een ml bestaat niet. Staat er onverhoeds ML op je melk zou ik hem niet kopen. Ik vermoed dat je een nabestelling van je duizend miljoen liter melk zal krijgen en ik denk niet dat je dat op zal maken aan pannenkoekenbeslag.

Het etiket op mijn wasmiddel. De totale hoeveelheid (1,5 L) is foutief zonder spatie, maar correct mét hoofdletter L. Helaas staan de andere hoeveelheden aangegeven met ml. Dat moet natuurlijk in mL zijn.

Massa: kg en KG

Wat ik altijd een beetje vreemd heb gevonden is dat de SI-eenheid voor massa een kilogram is, en niet een gram. Wat nog vreemder is, is de aanduiding op mijn pindasaus.

Ik weet niet wat een Kelvin-Gauss is, maar ik word er niet gelukkig van. Merk op dat de massa van deze bak nu 0,83 kg is.

Hoofdletter K staat voor de temperatuurseenheid Kelvin, hoofdletter G is een Gauss (een magnetische fluxdichtheid). Wowzers.

Energie: calorie en joule

Om mysterieuze redenen die ik niet begrijp, zijn er volksstammen die zich bezighouden met de hoeveelheid ‘voedingswaarde-energie’ die ze naar binnen werken. Laten we vooraan beginnen: de (afgeleide) SI-eenheid voor energie is joule (J), wat overeenkomt met een kg·m2·s−2. Alle soorten energie kunnen uitgedrukt worden in joule. Soms vinden wetenschappers het gemakkelijker om energie anders uit drukken, bijvoorbeeld in elektronvolt of in 1/cm. Vroeger, toen energie nog niet zo goed begrepen werd, was verbrandingsenergie in calorie een veelvoorkomende eenheid. Één calorie is de hoeveelheid (warmte)energie die nodig is om één gram (zuiver) water één graad Celsius te verwarmen.

Maar nu wordt het lastig: voedsel heeft een bepaalde, gestandaardiseerde voedingswaarde. Als een gemiddeld persoon met een gemiddelde spijsvertering een gemiddelde appel zou eten, zouden de cellen in diens lichaam daar een bepaalde hoeveelheid chemische energie uit kunnen oogsten. Bijvoorbeeld slecht kauwen kan ervoor zorgen dat voedsel onvolledig wordt verteerd. Desalniettemin denken een heleboel mensen, geheel onterecht, dat je met ‘calorieën tellen’ bij kan houden hoeveel dikmakend voedsel je naar binnen werkt. Daar bovenop komt dat het tellen van calorieën verwarrend is, omdat voedingsmiddelen-fabrikanten soms de afkorting cal, soms Cal en soms kcal gebruiken om calorie aan te duiden. Je begrijpt dat duizend cal één kcal is, maar wat veel mensen niet weten is dat een Cal óók een kcal is. Wat sommige etiketmakers ook niet begrijpen, is dat er een verschil is tussen een cal en een kcal. Gelukkig is het verplicht om voedingswaarde-energie altijd (ook) aan te duiden in joule of kilojoule. Maar ja, calorieën tellen doe je natuurlijk niet in joule.

Bestandsgroottes en downloadsnelheden

Tot slot een speciaal en ingewikkeld geval: computerdata. Door een ingewikkelde geschiedenis van onenigheid, SI-adoptie, suffe conventies en commerciële belangen is dit verreweg het slechtst gestandaardiseerd. De basiseenheid van computergeheugen is een bit. Dat is een eentje of een nulletje. Vaak zijn acht bits samen een byte, de kleinste hoeveelheid informatie die van een computergeheugen kan worden gelezen of ernaar kan worden geschreven. Een byte wordt gebruikt voor één karakter en omdat er acht bits in een byte zitten, zijn er historisch 28 karakters mogelijk. Maar nu begint de onduidelijkheid: het symbool voor een bit is een b en een B voor byte. Dit wordt geregeld fout gebruikt.

Je zou nu zeggen dat een kb duizend bits zijn en een kB zijn duizend bytes. Zo is ook een megabit een Mb (of soms Mbit) en een megabyte een MB. Maar omdat er in binaire systemen graag gewerkt wordt met machten van 2, was een kilobyte ooit 1024 bytes (210), in plaats van 1000 bytes. Niet dat dat een heel groot verschil maakt (2,4%). Om aan te geven dat er met machten van 2 wordt gewerkt, in plaats van met machten van 10, wordt 1024 bit afgekort met kib (kibibit) en 1024 byte met een kiB (kibibyte). Zo is een MiB ook weer 1024 kB. Let op dat een mb of een mB twee onnozele weergaven zijn van ‘een duizendste van iets ondeelbaars’ en een byte respectievelijk.

Nu datasnelheden. Bestandsgroottes worden vaak weergegeven in veelvouden van bytes. Een downloadsnelheid zou dus weergegeven moeten worden in kB/s of in MB/s. Sommige mensen vinden deelstrepen heel erg lastig en vervangen die dan door een ‘-p-’ (van ‘per’). Maar omdat een snelheid uitgedrukt in bits per seconde een acht keer zo grote numerieke waarde heeft als diezelfde snelheid in bytes per seconde, geven bijna alle aanbieders van dataverbindingen hun snelheden weer in kbps of Mbps. Een bit is helemaal niet nuttig, maar een (veelvoud van) byte(s) wél. Niet incorrect, maar wel voor veel mensen reden tot verwarring. Het eerlijkst zijn de bedrijven die het over MB/s hebben, want als ik een bestand van 700 MB wil downloaden, moet ik mijn theoretische maximale snelheid (afhankelijk van de computer) in het ergste geval ook nog eens door 8*210 delen om uit te rekenen hoe lang mijn koffiepauze duurt.

Twee TED-praatjes over energiegebruik

Veel mensen hebben het altijd maar over “energieverbruik” alsof het weggegooid wordt, maar dat is onzin. Het moet natuurlijk zijn “energiegebruik” omdat we die energie omzetten in (onder andere) nuttige processen. Nu zie ik mezelf niet als enorm geitenwollesokkentype, maar ik ben het er wel mee eens dat we nu wel erg veel energie verbruiken. Mijn standpunt blijft dat we óf meer en efficiënter energie moeten opwekken óf we moeten minder gaan gebruiken. Met “óf” bedoel ik de wiskundige “of” die “en/of” betekent.

Het eerste TED-praatje gaat over wat er zal gebeuren als we dat niet doen. David Keith is een klimaatwetenschapper en afgezien van dat ik het niet altijd met zijn strategieën eens ben, is hij wel heel eerlijk (“…this hasn’t been peer reviewed yet…”) en creatief.

Het tweede praatje, door Juan Enriquez, gaat over wat nou ‘bio-energie’ is. Bio-energie is geen ethanol, het is niet de opwarming van de aarde, maar het is olie, aardgas of steenkool. Ik geef toe dat deze meneer een stuk monotoner is en soms (eigenlijk de hele tijd) wel erg kort door de bocht gaat, maar hij heeft zeker wel interessante standpunten. Al ben ik het niet eens met zijn opmerking “We moeten fossiele brandstoffen gaan zien als biologische energie, in plaats van chemische energie of engineering-energie” omdat ik niet zulke dingen ken als biologische energie of engineering-energie. Natuurlijk is deze meneer een hele cynische en zijn manier van denken is sterk commercieel en biologisch, maar toch is het interessant om eens naar zijn standpunt te luisteren.

Bereken en voorspel het jaar 2050

Een tijdje geleden had ik het genoegen om een lezing van prof. David MacKay bij te wonen. Al eerder schreven we over zijn fantastische boek. De gelegenheid waar hij sprak had te maken met een donatie van 20 miljoen Britse ponden aan het instituut waar ik nu stage loop. Gelukkig bleef hij nuchter en hield hij een eerlijk praatje.

Wat ik zo speciaal aan prof. MacKay vind, is zijn manier van uitleggen. Klimaatverandering en energiebesparing zijn geen gemakkelijke onderwerpen. Alleen al de wetenschappelijke concepten zijn niet eenvoudig, dus als daar dan ook nog eens morele en culturele overwegingen bij komen, is het goed te begrijpen dat de discussies snel uit de hand kunnen lopen. Ik denk dat het onze plicht als wetenschappers is, om niet-deskundigen uit te leggen zijn wat de feiten zijn. Een extreem handig middel is het concept van prof. MacKay: de gloeilamp. In een eerder filmpje van hem hier, konden we horen hoe hij uitlegde dat een 40 watt lamp elke dag 1 kilowattuur (kWh) gebruikt. Omdat joules en watturen lastige eenheden zijn om mee te rekenen — die eenheden zeggen niet veel mensen wat — introduceert hij de lamp. 24 uur een lamp aan laten is een duidelijk concept. Al het energiegebruik omrekenen naar eenheden van “gloeilampen” is een handig gedachtenexperiment.

Als wij, de Scheikundejongens, diep in ons hart kijken, zullen we ontdekken dat we alleen maar willen uitleggen. Dit soort vereenvoudigende concepten zijn hierin verschrikkelijk belangrijk.

Prof. MacKay is adviseur voor de Britse overheid. Hij adviseert de overheid over energie en klimaatverandering. Om de gevolgen van beslissingen over energie duidelijk te maken in het jaar 2050, heeft hij een een webtool gemaakt. Het is een programmaatje op het Internet waarmee iedereen kan “uitrekenen” wat elke energiebesparing voor nut heeft. Het is niet echt uitrekenen, maar meer het aanvinken van beslissingen. Een korte introductie door prof. MacKay zelf:

Ik vind dit een heel erg interessante gedachte: zelf kunnen zien wat elke overweging voor gevolgen heeft voor het jaar 2050. Geen geklier met moeilijke formules, niks vergeten en geen “ja maar…”. Als we meer en meer energie willen gebruiken, zullen er ook meer manieren moeten komen om energie op te wekken. Maar als we bepaalde manieren niet willen, dan zullen we ook minder energie moeten gaan gebruiken. Simpel als dat. Ik heb zelf even met de tool gespeeld en ik denk dat dit wel een interessante optie is:

Klik op de afbeelding om te zien of dit een realistisch idee is.

 

De daadwerkelijke webtool vind je hier en meer informatie over de tool hier. Er is onder het tabblad “Story” ook interessante achtergrondinformatie te vinden. Bekijk ook zeker eens de “Example Pathways”. Laat me alsjeblieft weten wat jullie van dit soort websites vinden, in de commentaren hieronder. Zou er ook een Nederlandse variant moeten komen? Is dit interessant voor het Nederlands scheikundeonderwijs?

Het perspectief rondom een nucleaire ramp

Deze dinsdagochtend las ik in de nrc.next het volgende:

“Energie (…) en de wereld [zijn] nog steeds te belangrijk om over te laten aan deskundigen. Een debat van ondeskundigen over technologie en wetenschap is nodig, niet om specialistische oplossingen te verzinnen, maar om politieke doelen te formuleren en risico’s af te wegen.”

— Marjolein Februari, nrc.next, 22 maart 2010

Ik kan wel huilen. Dit is zo dom op zoveel verschillende niveaus, dat ik niet weet waar ik moet beginnen. Het stuk gaat over de correlatie tussen politieke kleur en levensstijl (zoals een stropdas of een hanenkam). En of we het nu juist wel of niet over kernenergie als oplossing mogen hebben.

We vinden het verschrikkelijk wat er in Japan is gebeurd, maar laat dit duidelijk zijn: er zijn niet veel constructies op aarde die een aardbeving met een kracht van 9,0 op de schaal van Richter kunnen weerstaan. Maar toch zijn er wel verdacht veel artikelen in de krant, bloggers op Internet en nieuwsberichten op radio en tv, die hun zorgen tegen kernenergie willen uiten. Natuurlijk is het altijd goed om een uitgebreide afweging te maken als het gaat om gevaarlijke technologie, maar deze timing is ronduit belachelijk.

Toen er een olieramp in de Golf van Mexico plaatsvond — is die bende trouwens al eens opgeruimd? Hoor ik ook nooit meer wat over — toen hoorde ik niemand over het verbieden van het gebruik van fossiele brandstoffen voor auto’s. En als er een vliegtuig neerstort, houdt dat de uitbreidingen van vliegvelden ook niet tegen. Maar als er zich een natuurramp voordoet, waartegen niets of niemand opgewassen is, gaan we twijfelen aan kernenergie.

Dan nog de inhoud van de berichtgeving: in heel Tokio schijnt geen enkele geigerteller meer te koop zijn. En waarom niet? Zodat mensen zelf kunnen meten dat de berichtgeving van de overheid klopt. Er is daar inderdaad 0,003–0.005 µSv aan straling te meten. En hoe weinig schadelijk dat is, wordt prachtig uitgelegd in dit Kennislink artikel. Laten we niet vergeten dat beton ook radioactief is (70 µSv/jaar) en dat de hoeveelheid kosmische straling waaraan je wordt blootgesteld in een vliegtuig in de orde van ~3–5 µSv/uur is. Tot slot: er wordt pas daadwerkelijk kanker aan straling gekoppeld vanaf 100 mSv/jaar.

De ramp in Japan wordt samengeperst tot de problemen met de kerncentrales. Er werd op een goed moment zelfs gesproken over een melt down van de reactor. Heeft iemand enig idee wat dat is? Als je die kennis uit een film hebt, zou ik niet willen stellen dat je enig idee hebt waar je het over hebt. Supersorry. Het heeft niks te maken met grote explosies, enge groene straling of al dat engs. Wat er gebeurt is dat de reactor oververhit en smelt. Meer niet.

“Maar er kan een kernexplosie plaatsvinden!” Nee helaas, weer mis. Er zijn twee dingen heel belangrijk bij het maken van een atoombom: kritische massa en isotopensamenstelling. En beiden zijn extreem ingewikkeld en duur om in een bom-vorm voor elkaar te krijgen, en beiden zijn niet aanwezig in een kernreactor. Er kan dus onmogelijk een kernexplosie plaatsvinden in de reactoren in Japan. Tenzij iemand besluit er een atoombom op te gooien, maar dan moeten we ons opeens over andere dingen zorgen gaan maken.

Samenvattend wil ik alle journalisten en essayisten die zich druk maken, willen vragen om zich te laten informeren door een expert voordat ze ergens over schrijven. En blijf vooral rustig. Ik weet dat al die hitsigheid lekker verkoopt, maar het is niet waar wat er opgeschreven wordt. Tot slot wil ik jullie alsnog aanraden om het verschrikkelijk goeie Kennislink artikel over radioactiviteit te lezen en te luisteren naar de wijze woorden van The Periodic Table of Videos:

Duurzame Energie — Zonder De Gebakken Lucht

Van mijn ouders leerde ik dat er maar twee manieren zijn om rijk te worden: meer geld verdienen, of minder uitgeven. Dit lijkt een open deur, maar denk er eens een momentje over na.

Omdat voor sommigen straks de kerstvakantie begint — en omdat de Scheikundejongens zich even met andere dingen bezig moeten houden — wil ik jullie graag een boek aanraden: “Sustainable Energy — Without the Hot Air” door David MacKay. Prof. MacKay heeft de leerstoel natuurfilosofie van het departement natuurkunde aan de universiteit van Cambridge, is adviseur voor de Britse overheid over klimaatveranderingen en heeft een Erdosgetal van 2.

Terug naar rijk worden. Het boek van prof. MacKay is er eentje precies in de stijl als mijn argument tegen snel autorijden. Geen moeilijk gedoe met allemaal gevoelens of koffiedik kijken. Gewoon begrijpelijke getallen, een sommetje hier, een grafiekje daar en duidelijke conclusies. Helaas is het boek in het Engels (en vertaald in nog wat niet-Nederlandse talen), maar wel in simpel Engels. Het is niet alleen simpel omdat hij niet veel moeilijke woorden gebruikt, maar omdat de concepten en discussies die hij uitlegt van een eenvoudig niveau zijn. Zo eenvoudig als de lering van mijn ouders: je kan maar op twee manieren besparen. Maak meer of verbruik minder.

Het boek is zowel fysiek te koop, als digitaal gratis te downloaden (legaal). Kopen kun je hem bij Bol.com of Amazon, downloaden hier in pdf en hier in epub, Kindle en mobi. Een interessante presentatie door prof. MacKay is hier te bekijken.