Termodynamiikka (5 op)

Arviointiasteikko

H-5

Sisällön jaksotus

Opintojaksolla tutustutaan termodynamiikan ilmiöihin sekä harjoitellaan niihin liittyviä laskuja ja mittauksia fysiikan näkökulmasta.

Opintojakso toteutuu viikoilla 9-18, lisäksi kokeen palautustunti viikolla 19.
Opintojakson viikkoaikataulu on pääsääntöisesti seuraava:
- perjantaisin uuden aiheen aloitus (etäluento Teams)
- tiistaisin lähilaskupaja viikon tehtäviin liittyen (lähitunti kampuksella)
- torstaisin tukitunti, jossa käydään ko. viikon tehtävien ratkaisuja läpi ennen uuden aiheen aloitusta perjantaina (samanaikainen hybridi; osallistuminen mahdollista etänä/kampuksella)

Teoriatuntien lisäksi opintojakso sisältää kolme pakollista lähilabratyötä, jotka toteutetaan kolmena keskiviikkona (viikoilla 11, 13 ja 16) pienryhmissä. Labratöiden alustavat aiheet: Termistorin resistanssin lämpötilariippuvuus, kalorimetria ja ideaalikaasulait. Yhden labratyön voi halutessaan korvata MATLAB Simulink-ohjelmistolla tehtävällä etälabratyöllä termistorin resistanssin lämpötilariippuvuudesta.

Sisältö
- Termofysiikan/termodynamiikan perussuureet, kaavat, yksiköt, paine, noste
- Termodynaaminen systeemi, lämpötila ja lämpölaajeneminen
- Lämpökapasiteetti, lämpöenergia ja energian siirtyminen
- Olomuodon muutokset ja energia olomuodon muutoksissa
- Nesteiden ja kaasujen virtaukset, virtausyhtälöt
- Nesteen viskositeetti
- Ideaalikaasun tilanyhtälö
- Termodynamiikan I ja II pääsääntö
- Kaasujen kiertoprosessit
- Lämpö- ja kylmäkoneiden toimintaperiaate
- Kostean ilman fysiikan perusteet ja Mollier-käyrästö

Tavoitteet

Opintojakson tavoitteena on perehdyttää opiskelija lämpöopin ja termodynamiikan perusteisiin, ja luoda siten pohjaa niiden soveltamiseen koneiden, laitteiden ja prosessien mitoituksessa ja laskennassa.
Opintojakson suoritettuaan opiskelija
- tuntee termodynamiikan perussuureet ja osaa suorittaa niihin liittyvää laskentaa
- ymmärtää lämmön siirtymisen sekä sen vaikutukset aineissa ja rakenteissa (lämmönjohtumisen lämpölaajenemisen, olomuodon muutokset)
- osaa laskea siirtyvän lämpömäärän erilaisissa tilanmuutoksissa
- osaa suorittaa nesteiden ja kaasujen virtauksiin liittyvää laskentaa
- tietää ideaalikaasun tilanyhtälön ja osaa soveltaa sitä erilaisissa tilanmuutosprosesseissa
- ymmärtää ideaalikaasun tilanmuutokset ja niihin pohjautuvat kiertoprosessit
- osaa määrittää lämpövoimakoneen termisen hyötysuhteen sekä lämpöpumpun ja jäähdytyskoneen tehokertoimet
- osaa arvioida erilaisten koneiden energiatehokkuutta
- tuntee Mollier-diagrammin ja sen käytön lämmönsiirtoprosesseihin liittyvässä laskennassa
- osaa tutkia termodynamiikan ilmiöitä mittausjärjestelyin

Sisältö

termodynamiikan pääsäännöt
- paine, lämpötila, mittaaminen
- lämmön johtuminen
- lämpölaajeneminen
- lämpökapasiteetti
- lämpömäärä
- virtausyhtälö, Bernoullin yhtälö, nesteen viskositeetti
- kaasujen ja höyryjen tilanmuutokset
- energiatase, terminen hyötysuhde
- termodynaamisten koneiden toimintaperiaatteet ja kiertoprosessit
- kostea ilma ja Mollier-diagrammi
- termodynamiikan suureisiin liittyvät mittaukset ja tulosten raportointi

Oppimateriaalit

Insinöörin FYSIIKKA(AMK), Osa I (Hautala, Peltonen)
Verkko-oppimisympäristössä oleva ja sinne linkitetty materiaali

Opetusmenetelmät

Osallistava oppiminen, käänteinen oppiminen

Tenttien ajankohdat ja uusintamahdollisuudet

Alustavasti välikokeet viikoilla 14 ja 18 tai vaihtoehtoisesti kurssitentti viikolla 18.
Uusintamahdollisuudet EY-tekniikan yleisissä uusintakokeissa toukokuun, kesäkuun ja syyskuun 2025 uusinnoissa.

Kansainvälisyys

Opiskelijan omaan aktiivisuuteen, kokemukseen ja tiedon rakentamiseen perustuvat menetelmät, Learning-by-doing ja flipped learning

Opintojaksolla hankitut matemaattiset ja luonnontieteelliset taidot tukevat opiskelijoita kestävän, eettisen ja vastuullisen toiminnan toteuttamisessa, sekä työelämässä että yksityiselämässä. Osa opintojakson tehtävistä sisältää kestävään kehitykseen liittyvää laskentaa.

Opintojakson materiaali on pääsääntöisesti digitaalisesti tuotettua materiaalia, joka ei kuluta luonnonvaroja yhtä paljon kuin fyysinen materiaali.

Toteutuksen valinnaiset suoritustavat

Osaamisen näyttö teoriakokeella ja labroja korvaava harjoitustyö

Opiskelijan ajankäyttö ja kuormitus

Opiskelijan työmäärä 135t jakautuu seuraavasti
- Teoriatunnit ja laskuharjoitukset 38t
- Labratyöt 6t
- Koe 2-4t (riippuen siitä tekeekö kaksi välikoetta vai yhden kurssitentin)
- Itsenäinen opiskelu ja labratöiden raportointi 87-89t (tarkoittaa itsenäistä opiskelua noin 8t/viikko)

Lisätiedot

Opintojakson tärkeimmät ilmoitukset lähetetään sähköpostitse. Opiskelijoiden toivotaan olevan yhteydessä opettajaan ensisijaisesti sähköpostitse. Myös tuntien yhteydessä voi avoimesti kysyä ja keskustella asioista.
Ajankohtaisista asioista ilmoitetaan its-kurssin Yleiskatsaus-sivulla.

Opiskelussa käytettävät oppimisympäristöt ja ohjelmistot: Itslearning, ViLLE, MS Excel, MS Word (+MATLAB)