Icon up Overzicht

Technische Natuurkunde aan de Universiteit Twente

Onderwerp: Aerodynamica, Elektrische stroom, Nanotechnologie

Aan de Universiteit Twente is het mogelijk om Technische Natuurkunde te studeren. Maar wat is hieraan nou eigenlijk anders dan ‘gewone’ natuurkunde? En waarin verdiepen de onderzoekers van de opleiding Technische Natuurkunde in Twente zich eigenlijk?

Om met de eerste vraag te beginnen: Natuurkunde kan je op verschillende plekken studeren in Nederland. Technische natuurkunde leidt op tot wat vroeger ingenieur heette. De nadruk ligt daardoor iets meer op de toepassing van natuurkunde en iets minder op de echt theoretische kant van de natuurkunde. Dit weerspiegelt zich ook in bepaalde vakken. Zo zit bijvoorbeeld vloeistoffysica of technische optica in het programma. Deze vakken hebben duidelijk toepassing in het dagelijks leven, maar zijn daarnaast ook behoorlijk theoretisch van karakter. Bij opleidingen aan algemene universiteiten zullen bijvoorbeeld sterrenkunde en deeltjesfysica meer in het programma zijn opgenomen. Als afsluiting van de studie wordt bij één van de onderzoeksgroepen een afstudeeropdracht gedaan. Maar waaraan werken die onderzoeksgroepen zoal?

 

Supergeleiding

Ook supergeleiding is één van de onderzoeksrichtingen. Metalen kunnen electriciteit geleiden, maar hebben altijd een weerstand, zodat er energie verloren gaat. Dit is de warmte die je ook kan voelen in electriciteitskabels, en dat is ook de reden dat je computer gekoeld moet worden met een ventilator. Sommige materialen hebben hier als ze gekoeld worden helemaal geen last van. Dit worden supergeleiders genoemd, en hiermee is van alles te maken. Bijvoorbeeld een zweeftrein . De MRI scanner in een ziekenhuis werkt ook met een supergeleidende magneet.

Meer informatie over supergeleiding.

Meer informatie over supergeleidende zweeftreinen.

Fluid Phyiscs

Bij de richting Fluid Physics wordt allerlei onderzoek gedaan naar het gedrag van vloeistoffen. Bellen in water kunnen het gedrag van stromingen heel erg veranderen zodat bijvoorbeeld boten makkelijker door het water kunnen varen als er bellen in worden geblazen. En bellen zelf kunnen ook wonderlijke eigenschappen vertonen, zoals bijvoorbeeld sonoluminescentie waar bij een bel licht uit gaat zenden als de bel blootgesteld wordt aan geluid.

Meer weten over sonoluminescentie? Klik hier.

Luchtbellen in een turbulente stroming

Maar ook vaste stoffen kunnen stromen, zoals bijvoorbeeld zand. Dit wordt granulair materiaal genoemd; een vaste stof maar in heel kleine korreltjes. Granulair materiaal kan allerlei vreemd stroomgedrag laten zien zoals het spontaan clusteren van de deeltjes bij elkaar. Dit is te zien in onderstaand filmpje (en nee, die is niet achteruit afgespeeld).

De kogeltjes komen uiteindelijk allemaal in hetzelfde bakje terecht. Is dat nu toeval?

Door de bak met kraaltjes te schudden botsen die de hele tijd tegen elkaar. Omdat ze bij de botsingen ook energie verliezen belanden ze uiteindelijk met z’n allen aan één kant.

Marijn Sandtke studeert technische natuurkunde aan de Universiteit Twente. Zijn afstudeerwerk gaat over granulaire materie.

Meer over granulaire materialen? Klik hier.

Maar ook in de nano vloeistoffysica wordt onderzoek gedaan. Als je heel kleine druppels gecontroleerd heen en weer zou kunnen bewegen op een chip, wordt het mogelijk om een laboratorium te maken op een chip. Meer info:

Meer over nanofluids? Klik hier.

Material Physics

Bij de onderzoeksgroepen van Material Physics wordt gekeken naar het gedrag van stoffen op heel kleine schaal, tot je het echt hebt over het gedrag van een paar atomen. Dan gedragen stoffen zich heel anders dan op grote schaal. Dat komt omdat dan de wetten van de quantum mechanica een rol gaan spelen in het gedrag van de stof, en dat maakt allemaal dingen mogelijk die in ons dagelijks bestaan helemaal niet kunnen. Zo kunnen quantumdeeltjes zich soms opeens door muren heen bewegen, terwijl je dat in het dagelijks leven niet moet proberen. Chips in je computer bevatten allemaal heel kleine transistoren. Nu werken deze transistoren nog goed, maar als ze nog veel kleiner worden, heb je het echt over een paar atomen per transistor. Het gedrag van die atomen wordt onderzocht in Twente.

Deze schijf hierboven wordt ook wel een wafer genoemd, en bestaat uit een heleboel computerchips die in het productieproces samen worden gemaakt op deze grote schijf. Ze zijn nu al enorm klein, maar wat gebeurt als ze nog kleiner worden?

Hier vind je meer info over nanotechnologie.

Nog een artikel over nano...

Optics and Biophysics

Het laatste deel van het onderzoek in Twente is de optica en biofysica. Om met deze laatste te beginnen: met behulp van licht is er heel wat te meten in de biologie. En niet alleen met een microscoop. Zo werkt de vakgroep biofysische technieken bijvoorbeeld aan een manier om doorbloeding van aderen te meten door een laser op de huid te schijnen en te kijken naar het licht dat terug gekaatst wordt door de huid. Dit kan bij bijvoorbeeld brandwonden of borstkanker de diagnose makkelijker maken omdat hierbij doorstroming vlak onder de huid een grote rol speelt.

Dit plaatje is gemaakt met de laser techniek om doorbloeding te meten. Wat je ziet is een hand waarop met Midalgan (dat de doorbloeding stimuleert) UT is geschreven. Duidelijk kan je zien dat waar gesmeerd is er veel meer doorstroming is.

Ook is er een groep die allerlei andere toepassingen van lasers onderzoekt. Zo kan je bijvoorbeeld met hele sterke laserflitsen elektronen versnellen, net zoals bij het CERN in Geneve gebeurt.

Lees hier over het versnellen van electronen.

Ook op kleine schaal wordt er gekeken hoe licht zich gedraagt. Zo kan je kleine cirkels maken waarin licht rond kan lopen; ring resonatoren. Deze kunnen op zulke kleine schaal gemaakt worden, dat deze ook op een chip geplaatst kunnen worden. Door meerdere ringen naast elkaar te leggen, of zoals op het plaatje, een ring en twee aan- en afvoerlijnen, kan je zelfs transistoren en schakelaars maken voor het licht in deze structuren. En dat zou de ontwikkeling van een computer die helemaal werkt op licht in plaats van met elektriciteit dichterbij brengen, waaraan allerlei voordelen verbonden zitten.

Een foto van zo’n ring resonator die kan dienen als transistor

Oog voor toepassingen.

Zoals je wel kunt zien, is er behoorlijk divers onderzoek bij technische natuurkunde aan de Universiteit Twente met een duidelijk oog voor toepassingen die de technologie in de toekomst kunnen bepalen!

Voor meer informatie over de opleiding Technische Natuurkunde aan de Universiteit Twente, klik hier.