Study Guide

Objective

The aim of the course is to familiarize students with the fundamentals of heat transfer and thermodynamics, thereby creating a basis for their application in the design and calculation of machines, equipment, and processes.
After completing the course, student:
- is familiar with the basic quantities of thermodynamics and can perform related calculations
- understands heat transfer and its effects in substances and structures (heat conduction , thermal expansion, phase changes)
- can calculate the heat quantity in various state changes
- can perform calculations related to the flow of liquids and gases
- knows the ideal gas equation and can apply it in various state change processes
- understands the state changes of ideal gases and the cycles based on them
- can determine the thermal efficiency of a heat engine as well as the coefficients of performance of a heat pump and a refrigeration machine
- can evaluate the energy efficiency of different machines
- is familiar with the Mollier diagram and its use in calculations related to heat transfer processes
- can investigate thermodynamic phenomena using measurement setups

Content

- the main principles of thermodynamics
- pressure, temperature, measurement
- heat conduction
- thermal expansion
- heat capacity
- quantity of heat
- flow equation, Bernoulli's equation, viscosity of liquids
- changes in the state of gases and vapors
- energy balance, thermal efficiency
- operating principles of thermodynamic machines and cycles
- moist air and Mollier diagram
- measurements related to thermodynamics and reporting of results

Materials

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

Teaching methods

Osallistava oppiminen, käänteinen oppiminen

Exam schedules

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

International connections

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.

Completion alternatives

Osaamisen näyttö teoriakokeella ja labroja korvaava harjoitustyö

Student workload

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)

Content scheduling

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

Further information

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)

Evaluation scale

H-5

Assessment methods and criteria

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.

Itsenäisesti suoritettavilla ViLLE-laskuharjoituksilla on mahdollista saada kerätä max 12p (vastaa numeron korotusta kokeen arvosanaan). Labrojen ennakkotehtävillä on mahdollista kerätä max 6p (vastaa puolen numeron korotusta kokeen arvosanaan).

Kurssiin kuuluvat kolme labratyötä on myös kaikki suoritettava hyväksytysti (aktiivinen työskentely labrassa ja hyväksytysti täytetty mittauspöytäkirja).

Assessment criteria, fail (0)

Opiskelija ei saavuta vähintään 40 % kurssipisteistä = 40p tai opiskelija ei ole suorittanut pakollisia labratöitä hyväksytysti.

Assessment criteria, satisfactory (1-2)

Arvosanaan 1 vaaditaan noin 40 % kurssipisteistä = 40p ja hyväksytysti suoritetut labratyöt (3 kpl)
Arvosanaan 2 vaaditaan noin 52 % kurssipisteistä = 52p ja hyväksytysti suoritetut labratyöt (3 kpl)

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

Assessment criteria, good (3-4)

Arvosanaan 3 vaaditaan noin 64 % kurssipisteistä = 64p ja hyväksytysti suoritetut labratyöt (3 kpl)
Arvosanaan 4 vaaditaan noin 76 % kurssipisteistä = 76p ja hyväksytysti suoritetut labratyöt (3 kpl)

Arvosanan 3-4 tasoinen osaaminen tarkoittaa edellisen tason osaamisen lisäksi ymmärrystä kaasun prosesseista ja termodynamiikan pääsäännöistä sekä näihin aiheisiin liittyvien laskukaavojen soveltamisen osaamista erilaisissa tilanteissa.

Assessment criteria, excellent (5)

Arvosanaan 5 vaaditaan noin 88 % kurssipisteistä = 88 p ja hyväksytysti suoritetut labratyöt (3 kpl)

Arvosanan 5 tasoinen osaaminen tarkoittaa edellisten tasojen osaamisen lisäksi virtauksiin liittyvää laskuosaamista, erityisesti Bernoullin yhtälön soveltamista erilaisissa tilanteissa ja/tai lämpö- ja kylmäkoneiden toimintaperiaatteen ja kiertoprosessien tuntemusta.