Thermodynamics (3 op)

Arviointiasteikko

H-5

Sisällön jaksotus

Opintojakso toteutuu viikoilla 36-50.

Opintojaksolla tutustutaan termodynamiikan ilmiöihin sekä harjoitellaan niihin liittyviä laskuja ja mittauksia fysiikan näkökulmasta. Viikon ensimmäiset tunnit ovat teoriatunteja viikon aiheesta. Samalla kerrataan edellisviikon laskuissa epäselviksi jääneitä asioita. Toinen tunti on laskupaja (1t).

(Teoriatuntien lisäksi opintojakso sisältää yhden pakollista lähilabratyön pienryhmissä. Labratöihin jakaudutaan kahteen aiheeseen: Termistorin lämmönjohtavuus tai kalorimetria. Työt vertaisarvioidaan.)

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 kiertoprosessien esittely
- Lämpö- ja kylmäkoneiden toimintaperiaateiden esittely

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

Termodynamiikan luentomoniste Hannele Kuusisto & Aaro Mustonen.
College Physics 2e, Thermodynamics (https://openstax.org/books/college-physics-2e/pages/15-introduction-to-thermodynamics).
Verkko-oppimisympäristössä (itslearning) oleva ja sinne linkitetty materiaali.

Opetusmenetelmät

Osallistava oppiminen, opettajavetoinen opetus

Tenttien ajankohdat ja uusintamahdollisuudet

Välikokeiden ajankohdat 2 kpl ilmoitetaan kurssien alkaessa.
Uusintamahdollisuudet EY-tekniikan yleisissä uusintakokeissa joulukuun ja tammikuun uusinnoissa.

Pedagogiset toimintatavat ja kestävä kehitys

Opiskelijan omaan aktiivisuuteen, kokemukseen ja tiedon rakentamiseen perustuvat menetelmät. Kurssin keskeistä sisältöä ovat energiavirtojen ymmärtäminen ja energiatekniikan kestävät ratkaisut.

Toteutuksen valinnaiset suoritustavat

Osaamisen näyttö teoriakokeella. Tästä vaihtoehdosta täytyy sopia opettajan kanssa. Jos olet opiskellut vastaavan tasoisen ja sisältöisen kurssin, kurssi on mahdollista hyväksi lukea. Pyydä tähän ohjeet opettajalta.

Opiskelijan ajankäyttö ja kuormitus

Opiskelijan työmäärä 81h jakautuu seuraavasti
- Teoriatunnit ja laskuharjoitukset 22h
(- Laboratoriotöihin perehtyminen ja laboratoriossa työskentely 2h)
- Koekertaus 3h ja Koe 2h
- Itsenäinen opiskelu 54h

Arviointimenetelmät ja arvioinnin perusteet

Opintojakso arvioidaan numeerisesti asteikolla 0-5 kokeen/kokeiden perusteella (max 100p). Jos opiskelija suorittaa kurssin välikokeilla, kumpaankin kokeeseen on osallistuttava. Jos toisen välikokeen suoritus jää uupumaan, suoritetaan kurssi tentillä joko varsinaisena tenttipäivänä tai uusinnassa.

Kurssissa on läsnäolopakko, koskien teoriatunteja, laskutunteja ja laboratoriotapaamista. Poissaoloista tulee ilmoittaa ja sopia opettajan kanssa etukäteen.

Itsenäisesti suoritettavilla ViLLE-laskuharjoituksilla on mahdollista saada kerätä max 12p (vastaa numeron korotusta kokeen arvosanaan). Ennakkotehtävistä 4 pistettä.

Kurssiin kuuluva labratyö on suoritettava hyväksytysti (aktiivinen työskentely labrassa, hyväksytysti täytetty mittauspöytäkirja ja vertaisarviointiin osallistuminen).

Hylätty (0)

Opiskelija ei saavuta vähintään 40 % kurssipisteistä = 40p (tai opiskelija ei ole suorittanut pakollista labratyötä hyväksytysti.)

Arviointikriteerit, tyydyttävä (1-2)

Arvosanaan 1 vaaditaan noin 40 % kurssipisteistä = 40p ja hyväksytysti suoritettu labratyö
Arvosanaan 2 vaaditaan noin 52 % kurssipisteistä = 52p ja hyväksytysti suoritettu labratyö

Arvosanan 1-2 tasoinen osaaminen tarkoittaa termodynamiikan perusilmiöiden tuntemusta ja termodynamiikan perussuureisiin liittyvien laskujen hallintaa.

Arviointikriteerit, hyvä (3-4)

Arvosanaan 3 vaaditaan noin 64 % kurssipisteistä = 64p ja hyväksytysti suoritettu labratyö
Arvosanaan 4 vaaditaan noin 76 % kurssipisteistä = 76p ja hyväksytysti suoritettu labratyö

Arvosanan 3-4 tasoinen osaaminen tarkoittaa edellisen tason osaamisen lisäksi termodynamiikan pääsääntöjen hallintaa sekä ymmärrystä kaasun prosesseista.

Arviointikriteerit, kiitettävä (5)

Arvosanaan 5 vaaditaan noin 88 % kurssipisteistä = 88 p ja hyväksytysti suoritettu labratyö

Arvosanan 5 tasoinen osaaminen tarkoittaa edellisten tasojen osaamisen lisäksi virtauksiin liittyvää laskuosaamista, erityisesti Bernoullin yhtälön soveltamista erilaisissa tilanteissa ja/tai osaamista kaasun prosessien yksityiskohtaisempaan kuvaamiseen.

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.
Kurssin suorittaminen vaatii jatkuvaa fyysistä läsnäoloa tapaamisissa.

AvoinAMK 3 paikkaa.