Skip to main content
Login | Suomeksi | På svenska | In English

Browsing by Issue Date

Sort by: Order: Results:

  • Oksa, Ella (2024)
    Sobolev functions generalize the concept of differentiability for functions beyond classical settings. The spaces of Sobolev functions are fundamental in mathematics and physics, particularly in the study of partial differential equations and functional analysis. This thesis provides an overview of construction of an extension operator on the space of Sobolev functions on a locally uniform domain. The primary reference is Luke Rogers' work "A Degree-Independent Sobolev Extension Operator". Locally uniform domains satisfy certain geometric properties, for example there are not too thin cusps. However locally uniform domains can possess highly non-rectifiable boundaries. For instance, the interior of the Koch snowflake represents a locally uniform domain with a non-rectifiable boundary. First we will divide the interior points of the complement of our locally uniform domain into dyadic cubes and use a collection of the cubes having certain geometric properties. The collection is called Whitney decomposition of the locally uniform domain. To extend a Sobolev function to a small cube in the Whitney decomposition one approach is to use polynomial approximations to the function on an nearby piece of the domain. We will use a polynomial reproducing kernel in order to obtain a degree independent extension operator. This involves defining the polynomial reproducing kernel in sets of the domain that we call here twisting cones. These sets are not exactly cones, but have some similarity to cones. Although a significant part of Rogers' work deals extensively with proving the existence of the kernel with the desired properties, our focus will remain in the construction of the extension operator so we will discuss the polynomial reproducing kernel only briefly. The extension operator for small Whitney cubes will be defined as convolution of the function with the kernel. For large Whitney cubes it is enough to set the extension to be 0. Finally the extension operator will be the smooth sum of the operators defined for each cube. Ultimately, since the domain is locally uniform the boundary is of measure zero and no special definition for the extension is required there. However it is necessary to verify that the extension "matches" the function correctly at the boundary, essentially that their k-1-th derivatives are Lipschitz there. This concludes the construction of a degree independent extension operator for Sobolev functions on a locally uniform domain.
  • Nygren, Henrik (2024)
    The MOOC Center of University of Helsinki maintains a learning management system, primarily used in the online courses offered by the Department of Computer Science. The learning management system is being used in more courses, leading to a need for additional exercise types. In order to satisfy this need, we plan to use additional teams of developers to create these exercise types. However, we would like to minimize any negative effects that the new exercise types may have on the overall system, specifically regarding stability and security. In this work, we propose a plugin system for creating new exercise types, and implement it to production system used by real students. The system's plugins are deployed as separate services and use sandboxed IFrames for their user interfaces. Communication with the plugins occurs through the use of HTTP requests and message passing. The designed plugin system fulfilled its aims and worked in its production deployment. Notably, it was concluded that it is challenging for plugins to disrupt the host system. This plugin system serves as an example that it is possible to create a plugin system where the plugins are isolated from the host system.
  • Apell, Kasperi (2023)
    Let L_N denote the maximal number of points in a rate 1 Poisson process on the plane which a piecewise linear increasing path can pass through while traversing from (0, 0) to (N, N). It is well-known that the expectation of L_N / N converges to 2 as N increases without bound. A perturbed version of this system can be introduced by superimposing an independent one-dimensional rate c > 0 Poisson process on the main diagonal line {x = y} of the plane. Given this modification, one asks whether and if so, how, the above limit might be affected. A particular question of interest has been whether this modified system exhibits a nontrivial phase transition in c. That is, whether there exists a threshold value c_0 > 0 such that the limit is preserved for all c < c_0 but lost outside this interval. Let L^c_N denote the maximal number of points in the system perturbed by c > 0 which an increasing piecewise linear path can pass through while traversing from (0, 0) to (N, N). In 2014, Basu, Sidoravicius, and Sly showed that there is no such phase transition and that, for all c > 0, the expectation of L^c_N / N converges to a number strictly greater than 2 as N increases without bound. This thesis gives an exposition of the arguments used to deduce this result.
  • Lampinen, Perttu (2023)
    Tavoitteet. Tässä maisterintutkielmassa selvitetään neljään eri mekaniikan ilmiöön liittyviä virhekäsityksiä käsitteellisen muutoksen prosessin mallien avulla. Mallit ovat Posnerin käsitteellisen muutoksen yleinen malli (1982), Vosniadoun mentaalimallin muuttumisen malli (1994), Chin ontologisen kategorian muutoksen malli (1994) sekä diSessan p-primeihin ja koordinaatioluokkiin perustuva malli (1993). Tutkimuksen tavoitteena on vastata seuraaviin tutkimuskysymyksiin: 1) millaisia virhekäsityksia laaditut tehtävät (liite1) mittaavat käsitteellisen muutoksen näkökulmasta ja 2) miten erilaiset käsitteellisen muutoksen mallit vaikuttavat siihen, mitä virhekäsitystä ja miten kunkin tehtävän voi katsoa mittaavan. Erilaisten virhekäsitysten ja näiden korjaamiseen liittyvän käsitteellisen muutoksen tutkimisella on suuri merkitys tieteen oppimiselle ja opettamiselle, koska virhekäsitykset ovat oppijoiden pyrkimyksiä rakentaa yhteyksiä omien, mahdollisesti naiivien käsitysten ja näiden kanssa mahdollisesti ristiriidassa olevien tieteellisten käsitysten välille. Tieteen oppiminen ei koostu äkkinäisistä oivalluksista, vaan on pitkä ja vaiheittainen prosessi. Tämän prosessin luonnollinen tulos on synteettisten ja hajanaisten käsitysten luominen, kun oppija yrittää yhdistää omia aiempia käsityksiään tieteellisiin käsityksiin ja tämä tulisi ottaa huomioon tieteen opetusta suunniteltaessa. Menetelmät. Tutkielman tutkimusmenetelmänä käytetään mukaillen kvalitatiivista meta-analyysia em. kirjallisuudesta ja sen tarkoituksena tässä työssä on erityisesti arvioida teoriaa vertaillen erilaisten käsitteellisten muutoksen prosessien mallien hyödynnettävyyttä fysiikan mekaniikan opetuksen esimerkeissä. Käytetyt mekaniikan ilmiöt ovat ympyräliike, lentorata, pudotusliike sekä hetkellinen vuorovaikutus. Ennakko-oletukset on muodostettu opettajan työssä tehtyjen havaintojen pohjalta. Työn taustalla vaikuttava oppimiskäsitys on sosiokonstruktivistinen, joka on linjassa Perusopetuksen opetussuunnitelman 2014 perusteisiin. Tulokset ja johtopäätökset. Tyypillisiä virhekäsityksiä syntyy ajattelussa eri tasoilla ja eri syistä. Syitä näyttivät olevan yksinkertaisesti fyysisen ja symbolisen todellisuuden välinen kuilu sekä tiedon puute. Virhekäsityksissä oli nähtävissä tiedon lokerointia (Posner), synteettisten mallien muodostamista alkuperäisen viitekehysteorian päälle (Vosniadou), prosessin mieltäminen aineen tai materian virheelliseen ontologiseen kategoriaan (Chi) sekä diSessan luokittelemia, irrallisia ja käsitteellisestä ymmärryksestä irtonaisia p-primejä. Yhteistä kaikille tässä työssä käsitellyille neljälle käsitteellisen muutoksen prosessin malleille on, että oppiminen nähdään aktiivisena tiedon konstruointina ja sen lähtökohtana on olemassa olevien tietojärjestelmien muokkaaminen ja uudelleenjärjestely. Käsitteellisen muutoksen prosessin mallit eivät sulje toisiaan pois. Nämä aineistossa käsitellyt neljä käsitteenmuutosta tavoittelevat teoreettiset mallit eivät peruskoulumaailmasta tarkasteltuna ole tieteellisesti yhtä edustavia. Opetus voidaan suunnitella kaavamaisittain eteneväksi ja oppikirjaa mukailevaksi suoritukseksi, tai pohjaten opetuksen suunnittelu rakenteellisen ja konseptuaalisen tiedon syvälliseen ymmärrykseen. Kirjallisuuskatsauksen ja mekaniikan ilmiöiden tehtäviin suhteutettuna vaikuttaa siltä, että luonnontieteiden opettajalle on eniten hyötyä oppimisen prosessin ymmärtämisestä ja tiedon rakentumisesta, johon etenkin Posner (1982) sekä Vosniadou (1994) tarjoavat malleiltaan käytännöllisiä esimerkkejä pienin eroavaisuuksin. Lisäksi diSessan (1993) mallissa käsitellyiden p-primien hahmottaminen tarjoaa opettajalle laajempaa näkemystä erilaisten oppijoiden oppimisen lähtökohdista.
  • Tuukkanen, Suvi (2023)
    Vastuuvelka on keskeinen termi vakuutusmatematiikassa. Vakuutuksen vastuuvelalla hetkellä t tarkoitetaan summaa, joka vakuutusyhtiöllä tulee sillä hetkellä olla varattuna kyseisen vakuutuksen korvauksiin. Vastuuvelkaan vaikuttavat useat tekijät, kuten vakuutukseen liittyvä korvaussumma, korkoutuvuus ja kuolevuus. Tässä työssä käsitellään erilaisten henkivakuutusten vastuuvelkoja. Vakuutuksen hinta on yksinkertaisimmillaan nettokertamaksu. Tässä tapauksessa vakuutettu maksaa kerralla kaikki vakuutusmaksut ja tämä maksu on ekvivalenssiperiaatteen mukaan vakuutetulle maksettavien korvausten nykyarvon odotusarvo, toisin sanoen pääoma-arvo. Pääoma-arvo riippuu korvausten suuruuden lisäksi korkotasosta ja kuolevuudesta. Vakuutusmaksut voidaan myös jakaa pidemmälle aikavälille tai niihin voi sisältyä korvausten pääoma-arvon lisäksi muita kuluja. Elossaolevan vakuutetun vakuutustekninen vastuuvelka tietyllä ajanhetkellä on tulevien korvausten ja kulujen senhetkinen pääoma-arvo vähennettynä tulevien vakuutusmaksujen senhetkisellä pääoma-arvolla. Vastuuvelkaa voidaan ajatella vakuutussopimuksen arvona. Vastuuvelkaa voidaan kuvata Thielen differentiaaliyhtälöllä. Thielen yhtälö voidaan johtaa yksinkertaisissa tapauksissa suoraan derivoimalla vastuuvelkaa tai laajemmin tarkastelemalla vastuuvelan muutosta lyhyellä aikavälillä ja muodostamalla differentiaaliyhtälö erotusosamäärän raja-arvosta. Thielen yhtälön avulla voidaan tarkastella vastuuvelan ja siis vakuutussopimuksen arvon muutoksia. Toisaalta jos oletetaan, että vakuutusyhtiölle syntyy vakuutusaikana vastuuvelkaan suhteutettuja kuluja, tarvitaan Thielen yhtälöä myös vakuutuksen hinnoitteluun.
  • Koponen, Maria (2023)
    Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive method for stimulating cortical neurons in the brain. Combining TMS with functional magnetic resonance imaging (fMRI) shows the effects of TMS through the changes in brain metabolism. This information is necessary for developing new applications of TMS and for improving the efficacy and safety of the existing treatments. The biggest setback in current TMS–fMRI technology arises from the mechanical forces formed on the transducer as the interplay of the magnetic fields from the MRI and the changing current in the coil, leading to breakage of the transducers and additional safety risks. The objective of this Thesis was to assess and compare the mechanical stresses on multi-locus TMS (mTMS) transducers inside a high-field fMRI bore using finite element modeling, and to build and test transducer options based on the simulation results. For a transducer design for rats, six different coil former materials and three mTMS coil combinations were simulated with two commonly used current waveforms. In addition, the effect of the transducer orientation relative to the magnetic field was modeled with a transducer designed for humans. Our results show that the current pulses ran through the coils produce shock waves on the coil formers, leading to regions of maximum stresses that depend on the time instant. The intensity and location of the maximum stresses depends on the current waveform and coil combination used. Based on the results, 30% glass-fiber filled polyamide was found to be the most durable material. This Thesis provides novel insights for more durable TMS coil designs.
  • Selenius, Sofia (2023)
    Tavoitteena tässä tutkielmassa oli selvittää, voiko kynsilakan kontekstissa tehtävällä kokeellisella työskentelyllä herättää lukion kemian opiskelijoissa tilannekohtaista kiinnostusta. Tilannekohtainen kiinnostus on merkittävä sekä yleisin opetustilanteissa vaikuttava kiinnostuksen muoto. Lähtökohtana tutkielmalle oli tarve lisätä kemian opetuksen kiinnostavuutta, sillä opiskelijat menettävät ajan mittaan kiinnostustaan luonnontiedeaineita kuten kemiaa kohtaan. Syitä kiinnostuksen vähenemiselle on muun muassa se, että kemia koetaan vahvasti teoreettiseksi ja arkielämästä irralliseksi oppianeeksi. Kynsilakan kemia on uusi näkökulma kontekstuaalisen kemian opetuksen tutkimukseen, jolla on paljon mahdollisuuksia kemian teoriasisältöjen opetukseen kytköksissä arkielämään. Tutkielma toteutettiin yksisyklisenä kehittämistutkimuksena, jossa kartoitettiin kontekstuaalisen opetuksen ja kokeellisen työskentelyn mahdollisuuksia kiinnostuksen tukemiseen sekä kynsilakan kemian kontekstin mahdollisuuksia lukion opetussuunnitelman mukaiseen opetukseen. Näiden pohjalta laadittiin kehittämissuunnitelma, jonka mukaisesti kehitettiin kokeellinen opetuskokonaisuus kynsilakan kontekstissa kiinnostuksen tukemiseksi lukion kaikille pakollisessa kemian opetuksessa. Kehittämistutkimuksessa vastattiin kolmeen tutkimuskysymykseen, josta kolmas sisältää päätutkimuskysymyksen lisäksi laadullisesti täydentävän alitutkimuskysymyksen: 1.) Millaisia mahdollisuuksia kontekstuaalista opetusta ja kokeellista työskentelyä yhdistävällä opetuskokonaisuudella on kemian kiinnostavuuden tukemisessa? 2.) Millaisia mahdollisuuksia kynsilakkakonteksti tarjoaa lukion opetussuunnitelman (2019) mukaiseen opetukseen moduuleissa KE1 ja KE2? 3.) Kokevatko lukiolaiset tilannekohtaista kiinnostusta kynsilakan kontekstissa tehtävän kokeellisen työkokonaisuuden aikana? a.) Miten tilannekohtaisen kiinnostuksen eri osa-alueet ilmenevät lukiolaisen kokemuksissa työkokonaisuuden aikana? Kehittämistuotos koostuu kahdesta kokeellisen työn ohjeesta sekä diaesityksestä, jotka muodostavat noin 75 minuuttia kestävän opetuskokonaisuuden lukion ensimmäiseen opintojaksoon eli moduuleihin KE1 Kemia ja minä sekä KE2 Kemia ja kestävä tulevaisuus. Kokeellisten töiden yhteydessä käsitellään havaintojen ja pohdintakysymyksien avulla lukion opetussuunnitelman mukaisesti niihin liittyviä kemian sisältöjä ja käsitteistöä, muun muassa aineen rakennetta ja ominaisuuksia, seostyyppejä, poolisuutta ja liukoisuutta sekä arjen aineiden turvallisuutta. Lisäksi työohjeissa on lisälukemista töiden taustateoriasta opettajalle ja aiheesta kiinnostuneille opiskelijoille. Kehittämistuotosta testattiin empiirisenä tapaustutkimuksena lukiolaisilla käyttäen aineistonkeruumenetelmänä kyselylomaketta. Tulosten perusteella kehittämistuotoksen mukaisen opetustilanteen aikana lukiolaiset kokivat tilannekohtaisen kiinnostuksen kaikkiin kolmeen eri osa-alueeseen liittyviä kokemuksia eli kehittämistuotos koettiin kiinnostavana opetusmenetelmänä. Tulokset ovat kannustavia kynsilakan kemian kontekstissa tehtävälle jatkotutkimukselle. Jatkotutkimusaiheiksi voidaan ehdottaa esimerkiksi muiden opetukseen liittyvien ilmiöiden kuten oppimisen tutkimista kynsilakan kontekstissa tapahtuvan opetuksen yhteydessä, sekä opettajien näkökulman tutkimista kartoittamalla heidän tarpeitaan tämän tutkielman kehittämistuotoksen kaltaiselle opetuksen materiaalille.
  • Lehtinen, Nina (2023)
    Älylaitteita, erityisesti älypuhelimia, suosivat nykyisin hyvin niin nuoret kuin aikuisetkin. Älypuhelimet ovat taskukokoisia viihdekeskuksia, jotka tarjoavat muun muassa mahdollisuuden pitää yhteyttä kanssaihmisiin. Älypuhelimilla on kuitenkin paljon hyötykäytön mahdollisuuksia myös koulutuksessa, mikä monilta jää huomioimatta. Tässä työssä perehdytään älylaitteiden tarjoamiin mahdollisuuksiin fysiikan mekaniikan kokeellisuuden toteuttamisessa kouluopetuksessa ja siihen, millaista hyötyä älylaitteiden opetuksellisesta käytöstä saattaisi olla. Älylaitteilla voi korvata useampia kokeellisuuden toteuttamiseen tavallisesti tarvittavia välineitä, sillä ne tarjoavat puitteet sekä datankeruuseen että sen käsittelyyn ja lisäksi ne voivat toimia myös osana koejärjestelyä. Tämän työn keskiössä on usealle eri mekaniikan ilmiön tutkimukselle esitelty vaihtoehtoinen, älylaitteiden ympärille kehitelty, kokeellinen toteutus sekä pohdintaa älylaitteiden opetuskäytön mahdollisista hyödyistä oppimisen ja opetuksen kannalta. Keskeisinä hyötyinä nousivat esiin fysiikan kokeellisuuteen liittyvän motivaation ja sitä kohtaan koetun kiinnostuksen koheneminen, laboratoriotöihin liittyvän kognitiivisen kuormituksen mahdollinen vähentyminen sekä mahdollisuudet toteuttaa kokeellisuutta paikasta riippumatta. Lisäksi tässä työssä tuodaan esille älylaitteiden tarjoamia keinoja kokeellisuuteen liittyvien muiden osuuksien toteutukselle, kuten mahdollisuuksia tulosten jakamiseen, osaamisen kartoitukseen, mallintamiseen ja kokeellisuuden vaihtoehtoiseen toteutukseen simulaatioiden avulla. Älylaitteet tarjoavat monenlaisia alustoja, jotka soveltuvat hyvin fysiikan kokeellisuuden toteuttamiseen. Näihin kuuluu esimerkiksi PhyPhox, jolla voi kerätä kokeellista dataa monenlaisista fysiikan mekaniikan sekä muiden aihepiirien kokeellisista töistä. Tämä sovellus mahdollistaa lisäksi datan kertymän tarkkailun toisella laitteella mittauksen edetessä, jolloin yhteys ilmiön ja datan välillä voi olla helpompi hahmottaa. Useampiin mekaniikan kokeellisiin töihin voidaan tuoda mukaan älypuhelin. Se sopii mittausvälineeksi muun muassa tutustuttaessa Newtonin II lakiin, törmäyksiin sekä painovoimaan.
  • Talvala, Iikka (2023)
    Opettajan työllä on Suomessa vahva yhteiskunnallisesti merkittävä asiantuntija-asema eli opettajan työ mielletään professioksi. Opettajan työ nauttii yhteiskunnan luottamusta koulutusvaatimusten, ammattikunnan autonomian ja eettisten velvoitteiden johdosta. Opettajiin ja oppikirjantekijöihin luotetaan vahvasti, mutta voiko luottamukseen täysin perustaa mitään toimintaa? Tutkin pro gradu tutkielmassani lukion geometrian MAA3 -kurssin oppikirjoja ja vertaan niitä lukion opetussuunnitelman perusteisiin. Tutkielmassani vertaan lukion opetussuunnitelmien perusteiden yhtenevyyttä lukion oppikirjojen sisältöihin. Selvitän myös, mitä taitoja ylioppilaskirjoituksissa olleiden geometrian tehtävien ratkaiseminen on vaatinut ja ovatko nämä taidot yhtenevät opetussuunnitelman perusteiden ja oppikirjojen sisältöjen kanssa. Tutkielmassa käytetään aksiomaattista lähestymistapaa geometrian tutkimiseen. Tasogeometrian aksioomat luovat perustan geometrisille perusajatuksille. Yhdessä aksioomien kanssa käsitteet, piste, suora ja taso antavat teorian, jolla voidaan osoittaa todeksi suuri määrä geometrisia lauseita. Esittelen tutkielman kannalta tarpeelliset euklidisen tasogeometrian aksioomat sekä tasogeometrian peruskäsitteitä, lauseita ja tuloksia. Lauseet ja tulokset on valittu niin, että ne kattavat tutkielmassa käsiteltävien ylioppilastehtävien teoriapohjan. Vertaan tutkielmassani opetussuunnitelman sisältöjä oppikirjoihin ja ylioppilastehtäviin. Kun opetussuunnitelman perusteita verrataan oppimateriaaleihin tai ylioppilastehtäviin, on huomattava, että lukija tulkitsee opetussuunnitelman perusteita oman näkemyksensä mukaan. Opetussuunnitelman perusteiden teksti on varsin tiivistä ja kaikkia sen sisältämiä tavoitteita ja sisältöjä ei ole selkeästi määritelty. Näin ollen tulkintani tutkielmassa ja päätelmäni opetussuunnitelman perusteista ovat omiani ja joku toinen saattaa tulkita opetussuunnitelmien perusteita hieman eri tavalla. Tutkimani oppikirjat noudattelevat opetussuunnitelmien perusteita todella hyvin. Oppikirjat olivat myös ottaneet huomioon opetussuunnitelman perusteiden muutokset ohjelmistojen ja tietolähteiden käytöstä. Oppikirjojen avulla oli myös mahdollista ratkaista tutkimistani seitsemästä ylioppilastehtävästä kuusi. Yhden tehtävän ratkaisemisen mahdollisuus ei ollut täysin selvää, sillä todistamisen taitoa harjoiteltiin tutkimissani oppikirjoissa melko vähän. Myös tutkimieni ylioppilastehtävien sisällöt vastasivat suurilta osin opetussuunnitelman perusteiden sisältöjä. Sisällöistä kuitenkin puuttui suhteen käsite sekä yksikönmuunnokset. Tutkimissani oppikirjoissa oli todella paljon yhteistä, mutta pieniä eroja sisällöissä ja asioiden esitysjärjestyksessä. Kaikki tutkimani kirjat olivat samalta kustantajalta, joten tutkimusta voisi jatkaa myös muiden kustantajien kirjoihin. Oppikirjojen sähköistyminen tuo myös uusia mahdollisuuksia kirjan sisältöjen lisäämiseen ilman, että se lisää kirjan painoa. Tulevissa digikirjoissa sähköistä esitysmuotoa osataan hyödyntää vielä monipuolisemmin kuin tutkimassani digikirjassa. Digitaaliseen oppikirjaan oli jokaisen tehtävän yhteyteen lisätty malliratkaisu välivaiheineen ja havainnekuvineen. Tulevaisuudessa olisikin mielenkiintoista tutkia tuottaako malliratkaisujen olemassaolo positiivisia vai negatiivisia oppimistuloksia. Matematiikan opiskelu onkin sähköistymisen ja ohjelmistojen kannalta murroksessa. Luulenkin, että ohjelmistojen merkitys matematiikan opetussuunnitelmien perusteissa tulee kasvamaan tulevaisuudessa.
  • Maunu, Liisa (2023)
    Macquarie Island is a subaerial fraction of oceanic crust where lithology from mantle peridotites to crustal gabbro, dolerite, and extrusive rocks are present, thus providing a unique opportunity to study geochemistry and petrology of the oceanic crust. Macquarie Island represents a mid-ocean crust ophiolite in which the potential geochemical modification of continental crust and effects of subduction initiation are absent. A genetic link between plutonic and extrusive rocks and processes leading to formation of the ophiolite sequence were studied in this thesis. A set of samples representing different rock types of the oceanic crust were studied petrographically as well as for whole-rock major and trace element geochemistry. Selected samples were studied for chromian spinel, silicates, and apatite major and minor component geochemistry. Harzburgites of Macquarie Island are depleted in trace element composition and are not a straightforward residue for the source of the crustal section of the island. Melt infiltration of basaltic melt into potentially former lherzolitic mantle source has been dominating process leading to formation of Macquarie Island oceanic crust. As a consequence to melt infiltration plagioclase-bearing wehrlites recrystallized and these rocks probably acted as a more enriched source for crustal rocks.Major and trace element data show that fractional crystallization has not been significant process forming the island. Extrusive basalts are more primitive in MgO and SiO2 contents and more enriched in REE contents compared to gabbroic rocks of the island. This could be explained by porous fluids migrating through oceanic crust modifying both major and trace element compositions of the samples or extrusive and gabbroic rocks forming from different mantle sources. This study shows that formation of oceanic crust is much more complex than often assumed simple model of fractional crystallization from mantle melt leading to formation of the oceanic crust, or a hypothesized gabbro-dolerite-basalt plumbing system forming the genetically linked crustal rocks.
  • Oksanen, Valtteri (2023)
    Catechol is widely produced platform chemical, and many fine chemicals, including pharmaceuticals and pesticides, contain catechol moieties. Catechols are nucleophilic, but their polarity can be reversed by oxidizing them into electrophilic o-benzoquinones (OBQs). OBQs are highly reactive and react readily with nucleophiles but also with dienes, dienophiles and ylides. However, OBQs have many reactive sites, which often leads to lack of selectivity in reactions. In the literature review of this thesis, the methods to control selectivity in nucleophilic additions, cycloadditions and Wittig reactions of OBQs are reviewed. Selectivity is often increased by blocking undesired reactive sites by substituents. If substituents can’t be altered, it is possible to control selectivity by choice of catalysts and substrates as well as stoichiometric ratios of substrates. In addition, the literature review will also focus on how the use of o-benzoquinones have been utilized in organic synthesis. In the experimental part, nucleophilic additions of amino acids and silyl enol ethers to o-benzoquinones are studied in practice. Reactions of amino acids with OBQs resulted only in polymerization despite the efforts to control the selectivity. However, ZnCl2 catalysed addition of silyl enol ethers into OBQs yielded only 1,4-addition products. The method was then optimized with two model reactions after which 30 different 1,4-addition products were successfully synthesized. For most of these products this method is the only proven synthesis route.
  • Välinen, Lauri (2023)
    Emulsion polymerization is used to make high molecular weight polymers with a fast reaction rate. In emulsion, the temperature is well controlled and the viscosity of the continuous phase remains constant since all polymer chains are inside colloidal particles. Colloid dispersions have the advantage of being used as they are without further purification, which is great for industrial purposes. Emulsion polymerization is also well-scalable to fit the standards of the industry. Adhesives serve an important role in the furniture and construction industry. Many adhesives used for such purposes are derived from non-renewable resources and are not reusable. Additionally, when such strong adhesives are being used in attaching wooden parts, they cannot be separated and once the lifetime of the product is finished, it ends in a landfill. The possibility to remove such strong adhesives from the wooden product would give the wood possibility to be used in other applications. Additionally, the possibility to reapply the adhesive would decrease the amount of adhesive needed to be produced and increase the lifetime of the glue product. In this thesis polyvinyl acetate (PVAc) adhesives are modified by introducing hydrogen bonding units to the polymer chain by copolymerization of vinyl acetate with monomers having urea and bis-urea hydrogen bonding motifs. Comonomers suitable for vinyl acetate are designed, synthesized and characterized.
  • Mäki, Niklas (2023)
    Most graph neural network architectures take the input graph as granted and do not assign any uncertainty to its structure. In real life, however, data is often noisy and may contain incorrect edges or exclude true edges. Bayesian methods, which consider the input graph as a sample from a distribution, have not been deeply researched, and most existing research only tests the methods on small benchmark datasets such as citation graphs. As often is the case with Bayesian methods, they do not scale well for large datasets. The goal of this thesis is to research different Bayesian graph neural network architectures for semi-supervised node classification and test them on larger datasets, trying to find a method that improves the baseline model and is scalable enough to be used with graphs of tens of thousands of nodes with acceptable latency. All the tests are done twice with different amounts of training data, since Bayesian methods often excel with low amounts of data and in real life labeled data can be scarce. The Bayesian models considered are based on the graph convolutional network, which is also used as the baseline model for comparison. This thesis finds that the impressive performance of the Bayesian graph neural networks does not generalize to all datasets, and that the existing research relies too much on the same small benchmark graphs. Still, the models may be beneficial in some cases, and some of them are quite scalable and could be used even with moderately large graphs.
  • Kukkola, Antti (2023)
    A stream of charged particles known as the solar wind constantly flows with supersonic speed in our solar system. As the supersonic solar wind encounters Earth's magnetic field, a bow shock forms where the solar wind is compressed, heated and slowed down. Not all ions of the solar wind pass through the shock but rather a portion are reflected back upstream. What happens to the reflected ions depends on the magnetic field geometry of the shock. In the case where the angle between the upstream magnetic field and the shock normal vector is small, the reflected ions follow the magnetic field lines upstream and form a foreshock region. In this case the shock is called quasi-parallel. In the case of a quasi-perpendicular shock, where the angle is large, the reflected ions gyrate back to the shock, accelerated by the convection electric field. Upon returning to the shock, the ions have more energy and either pass through the shock or are reflected again, repeating the process. Ion reflection is important for accelerating ions in shocks. In this work we study the properties and ion reflection of the quasi-perpendicular bow shock in Vlasiator simulations. Vlasiator is a plasma simulation which models the interaction between solar wind and the Earth's magnetic field. The code simulates the dynamics of plasma using a hybrid-Vlasov model, where ions are represented as velocity distribution functions (VDF) and electrons as magnetohydrodynamic fluid. Two Vlasiator runs are used in this work. The ion reflection is studied by analysing VDFs at various points in the quasi-perpendicular shock. The analysis is performed with reflections in multiple different frames. A virtual spacecraft is placed in the simulation to study shock properties and ion dynamics, such as the shock potential and ion reflection efficiency. These are compared to spacecraft observations and other simulations to test how well Vlasiator models the quasi-perpendicular bow shock. We find that the ion reflection follows a model for specular reflection well in all tested frames, especially in the plane perpendicular to the magnetic field. In addition, the study was extended to model second specular reflections which were also observed. We conclude that the ions in Vlasiator simulations are nearly specularly reflected. The properties of the quasi-perpendicular bow shock are found to be in quantitative agreement with spacecraft observations. Ion reflection efficiency is found to match observations well. Shock potential investigations revealed that spacecraft observations may have large uncertainties compared to the real shock potential.
  • Kotipalo, Leo (2023)
    Simulating space plasma on a global scale is computationally demanding due to the system size involved. Modeling regions with variable resolution depending on physical behavior can save computational resources without compromising too much on simulation accuracy. This thesis examines adaptive mesh refinement as a method of optimizing Vlasiator, a global hybrid-Vlasov plasma simulation. Behavior of plasma near the Earth's magnetosphere and different characteristic scales that need to be considered in simulation are introduced. Kinetic models using statistical methods and fluid methods are examined. Modeling electrons kinetically requires resolutions orders of magnitude finer than ions, so in Vlasiator ions are modeled kinetically and electrons as a fluid. This allows for lighter simulation while preserving some kinetic effects. Mesh refinement used in Vlasiator is introduced as a method to save memory and computational work. Due to the structure of the magnetosphere, resolution isn't uniform in the simulation domain, with particularly the tail regions and magnetopause having rapid spatial changes compared to the relatively uniform solar wind. The region to refine is parametrized and static throughout a simulation run. Adaptive mesh refinement based on the simulation data is introduced as an evolution of this method. This provides several benefits: more rigorous optimization of refinement regions, easier reparametrization for different conditions, following dynamic structures and saving computation time in initialization. Refinement is done based on two indices measuring the spatial rate of change of relevant variables and reconnection respectively. The grid is re-refined at set intervals as the simulation runs. Tests similar to production runs show adaptive refinement to be an efficient replacement for static refinement. Refinement parameters produce results similar to the static method, while giving somewhat different refinement regions. Performance is in line with static refinement, and refinement overhead is minor. Further avenues of development are presented, including dynamic refinement intervals.
  • Roppo, Roope (2023)
    X-ray emission spectroscopy (XES) is an elemental characteristic x-ray technique that is used in studying the electronic properties of varied materials. It is based on an x-ray emission process that occurs due to an absorption process. First an x-ray photon is shot at the sample and electron in the inner core absorbs this x-ray photon. The electron gets kicked out of its place, creating an empty electronic state called an electron hole. This leaves the atom to an excited state that then de-excites by emitting an elemental characteristic x-ray photon. One of the main aspects of x-ray emission spectroscopy is to study sensitivity of XES towards different emission lines in different chemical environments and then compare the results. X-ray emission spectroscopy is a relatively easy technique to perform because it does not require a long-range crystal order and experiments can be done in an atmospheric pressure and in room temperature. A series of measurements were performed with non-resonant XES to study chemical properties of different uranium oxides. The experiment was done at the SOLEIL Synchrotron Facility in France. Main goal of the experiment was to study the sensitivity of XES to different uranium L3-emission lines by measuring different uranium oxides with different uranium oxidation states and compare the shape of each emission spectrum. The results showed that there are no visible differences between different samples when using non-resonant XES. However, the experiment also showed that when the resonant part is included in the measurements, then there are visible differences between different samples. This indicates the resonant part is required to collect to see differences in the spectrum when comparing the speciation of different samples.
  • Hatakka, Ilari (2023)
    In quantum field theory the objects of interest are the n-point vacuum expectations which can be calculated from the path integral. The path integral usually used in physics is not well-defined and the main motivation for this thesis is to give axioms that a well-defined path integral candidate has to at least satisfy for it to be physically relevant - we want the path integral to have properties which allow us to reconstruct the physically interesting objects from it. The axioms given in this thesis are called the Osterwalder-Schrader axioms and the reconstruction of the physical objects from the path integral satisfying the axioms is called the Osterwalder-Schrader reconstruction. The Osterwalder-Schrader axioms are special in the sense that they are stated in terms of the Euclidean spacetime instead of the physically relevant Minkowski spacetime. As the physical objects live in Minkowski spacetime this means that when reconstructing the physically relevant objects we have to go back to Minkowski spacetime at some point. This thesis has three parts (and an introduction). In the first part we give a brief introduction to parts of functional analysis which we will need later - theory about distributions and about generators of families of operators. The second part is about the Osterwalder-Schrader axioms and about the reconstruction of the physically relevant objects from the path integral. In the last part we check that the path integral for the free field of mass m satisfies the Osterwalder-Schrader axioms.
  • Siivonen, Mikael (2023)
    Tässä opinnäytetyössä tarkastelen luokkahuoneen ulkopuolisia oppimisympäristöjä lukion maantieteen opetuksessa. Tutkielmassani olen kiinnostunut selvittämään luokkahuoneen ulkopuolisen opetuksen toteuttamiskeinoja, fyysisiä oppimisympäristöjä, käytettyjä opetusmenetelmiä sekä erilaisten oppimistavoitteiden saavuttamista. Lisäksi selvitän niitä syitä, jotka toimivat haasteina ja esteinä luokkahuoneen ulkopuolisessa opetuksessa. Oppimisympäristön määritteleminen ei ole täysin yksiselitteistä ja jopa aiheen terminologia vaihtelee riippuen siitä, missä yhteydessä aiheesta keskustellaan. Selkeyden vuoksi käytän tutkielmassani ainoastaan termiä oppimisympäristö. Toinen keskeinen käsite tutkielmassani on oppiminen, jota avaan tekstissäni monesta eri näkökulmasta. Viimeisenä käsitteenä esittelen lukion maantieteen, jota tarkastelen opintojen rakenteen sekä oppiaineen nykyaseman kautta. Laadullinen maisteritutkielmani on empiirinen kyselytutkimus, jonka aineisto on kerätty lukion maantieteen opettajilta sähköisellä kyselylomakkeella. Kyselylomakkeella tavoiteltiin opettajia, jotka ovat opettaneet lukion maantiedettä luokkahuoneen ulkopuolisissa oppimisympäristöissä. Tutkimusaineisto analysoitiin pääsääntöisesti laadullisin menetelmin teemoittelua hyödyntämällä. Tulosten mukaan luokkahuoneen ulkopuolisia oppimisympäristöjä hyödynnetään lukion maantieteessä monipuolisesti ja vastauksissa tuli esiin niin luonnontilaisia, kaupunkimaisia kuin ihmisen ja luonnon vuorovaikutuksenkin luomia ympäristöjä. Opetuksessa hyödynnetyt opetusmenetelmät liittyvät vahvasti ympäristön tutkimiseen ja tulkintaan, tiedon keruuseen sekä tutkimuksen teon harjoitteluun. Opetetuissa aiheissa on paljon vaihtelua. Lukion maantieteen opetusaiheiden ja -tavoitteiden laajuus tulikin vastauksissa vahvasti esille. Luokkahuoneen ulkopuolisten oppimisympäristöjen nähdään vaikuttavan oppimiseen yksimielisesti positiivisella tavalla. Oppimisympäristöjen hyödyntämisen mainittiin lisäävän vaihtelun ja konkretian myötä opiskelijoiden mielenkiintoa opetettavia aiheita ja yleisesti oppiainetta kohtaan. Tärkeimmiksi haasteiksi ja esteiksi luokkahuoneen ulkopuoliselle opettamiselle mainittiin ajalliset ja taloudelliset resurssit sekä oppimisympäristöjen huono saavutettavuus.
  • Karhu, Maiju (2023)
    Bioklimaattinen mallinnus on keskeinen biogeografinen menetelmä, jolla tutkitaan lajilevinneisyyden ja ilmaston välistä yhteyttä. Tutkimuksessa tarkasteltiin, kuinka hyvin lämpö- ja kosteusolosuhteita kuvaavat bioklimaattiset muuttujat selittivät tundran putkilokasvilajien levinneisyyttä kahdella mittakaavatasolla ja mitkä muuttujat olivat suhteellisesti tärkeimpiä eri lajeille. Lisäksi tarkasteltiin muuttujien alueellista vaihtelua. Biogeografinen tutkimus on erityisen tärkeää tundralla – esimerkiksi Suomen tunturipaljakan putkilokasvilajeista 16 % on uhanalaisia, ja tämän luvun odotetaan kasvavan ilmaston lämpenemisen myötä. Tutkimus sijoittui Mallatuntureiden ja Ailakkavaaran alueille Luoteis-Lappiin. Mallinnettavia putkilokasvilajeja oli 26, joista kahdeksan on arktis-alpiinisia ja muut boreaalisia. Bioklimaattisia muuttujia johdettiin kahdesta ilmastoaineistoista: hienon mittakaavan mikroilmastoaineistosta sekä mesomittakaavan sääasemien mittauksista interpoloidusta aineistosta, joka kuvaa makroilmastollisia olosuhteita. Bioklimaattisten muuttujien alueellista vaihtelua tutkittiin karttatarkastelun avulla ja aineistojen erojen tilastollista merkitsevyyttä arvioitiin tilastollisin tunnusluvuin. Malleja rakennettiin kolmella menetelmällä: yleistetyt lineaariset ja addittiviset mallit sekä yleistetyt luokittelupuut. Mikroilmastomallien muuttujia olivat kasvukauden lämpöolosuhteita kuvaava tehoisa lämpösumma, talven olosuhteita kuvaava helmikuun minimilämpötila ja kesän kosteusolosuhteita kuvaava heinäkuun maaperän kosteus. Makroilmastomalleissa oli muuttujina lämpösumma, helmikuun minimilämpötila ja kesän sademäärä. Mallien suorituskykyä arvioitiin AUC-arvojen avulla ja muuttujien tärkeydet selvitettiin yleistetyt luokittelupuut -menetelmällä. Hienon mittakaavan bioklimaattiset muuttujat kuvasivat selkeästi tarkemmin lämpö- ja kosteusolosuhteiden alueellista vaihtelua lyhyillä etäisyyksillä kuin karkeamman mittakaavan muuttujat. Eri mittakaavojen muuttujien erot olivat myös tilastollisesti merkitseviä. Vaikka bioklimaattisten mallien suorituskyky oli keskimäärin heikko, mikroilmastomallien AUC 0,69 oli korkeampi kuin makroilmastomallien AUC 0,63. Ero suorituskyvyssä oli siis tilastollisesti merkitsevä. Mikroilmastomallit selittivät paremmin yksittäisten putkilokasvilajien levinneisyyttä kuin makroilmastomallit, sillä suorituskyvyltään hyviä tai erinomaisia malleja oli enemmän. Alle puolelle lajeista suhteellisesti tärkein bioklimaattinen muuttuja oli sama eri mittakaavoilla. Tehoisa lämpösumma oli tärkein muuttuja useimmille arktis-alpiinisille ja boreaalisille lajeille karkeammassa mittakaavassa, kun taas heinäkuun keskimääräinen maaperän kosteus oli tärkein muuttuja useimmille arktis-alpiinisille lajeille hienossa mittakaavassa. Tehoisa lämpösumma oli tärkein muuttuja useimmille boreaalisille lajeille myös hienossa mittakaavassa. Tutkimuksen perusteella tundran mikro- ja makroilmastolliset lämpö- ja kosteusolosuhteet eroavat merkittävästi toisistaan, millä on merkitystä esimerkiksi lajien suojelusuunnittelua kehitettäessä ilmaston lämmetessä. On tärkeää huomioida, millaisia ilmasto-olosuhteita bioklimaattisten mallien aineistot kuvaavat, kun tutkitaan tundran putkilokasvilajien suhdetta ympäristöönsä hienossa mittakaavassa.
  • Noro, Juho (2023)
    In my thesis I look at how persons living without an own car experience their daily mobility and what kind of strategies and practices concerning daily mobility are their households using to manage their daily lives. In focus is also a question of the significance of the place of residence to mobility, which I investigate through the concepts of urban structure and car dependence. I chose the city of Porvoo as my study area, because as a small city it does not have the public transportation services at the level of the largest Finnish cities, but on the other hand its dense city center may support carless daily mobility. I use the concept of accessibility strategies, which means the ways in which individuals can maintain access to the variably time and space bound activities of their everyday lives and overcome or adapt to their time-geographic constraints. Knowing the practices of carless households is important for the targets to reduce greenhouse gas emissions of transportation in Finland. It is still important to remember the nature of carlessness as varying from being voluntary to being involuntary. Urban structure sets the conditions which may favor some travel behavior and prohibit other kinds. These conditions include distances between activity locations, or the relative ease of using different travel modes. Urban structure may enable alternatives in travel mode choices or prohibit them and support mostly private car use. Discussions may also consider car dependence, which has been defined as the dependence on private cars of areas, urban structure, transport systems, as well as individuals and daily trips. As a method for data collection in this qualitative thesis I used thematic interviews. Interviews may help to understand the practices and subjective experiences of a group of people in a certain place, and meanings they attach to an activity of a geographical nature. I interviewed seven persons living in Porvoo, representing their carless households, of which some lived in the city center and others outside of it. I analyzed the interview transcriptions using coding, thematic analysis and typification. Almost all of the interviewees utilized a strategy in which they had taken proximity to daily destinations and activities into consideration when moving to their current place of residence, which enables short distances by walking or cycling. I studied the use of information and communications technologies to substitute physical mobility by looking at remote work practices: high levels of remote work were done, and more than before, when the remote work possibilities were expanded due to COVID-19 pandemic. All of the households had received support for mobility from their social relations, but the significance of this strategy to everyday life varied considerably, from a weekly need of getting car rides to a rare occasion of borrowing a car. Central daily mobility practices were walking and cycling, trip chaining, and choosing activities from a close proximity to home. The daily mobility experiences of households living in Porvoo city center, or its immediate surroundings were characterized as being problem-free. City center’s short distances and bus connections to Helsinki were seen as advantages to mobility. The most pronounced challenges to daily mobility appeared within those living outside of the city center, due to experiences of a decline in the service level of local public transportation. Local buses did not offer satisfying levels of accessibility to those who would have needed them for their daily trips. The finding of the problem-free nature of daily mobility of the ones living in or next to city center is in line with a finding from literature, which sees downtown areas of middle-sized Finnish cities as representing a car independent urban structure.