Termodynamiikka (5op)

Arviointiasteikko

H-5

Sisällön jaksotus

Opintojakso toteutuu maanantaisin ja torstaisin viikoilla 7-17.

Opintojaksolla tutustutaan termodynamiikan ilmiöihin sekä harjoitellaan niihin liittyviä laskuja ja mittauksia fysiikan näkökulmasta. Maanantain tunnit ovat pääsääntöisesti etänä pidettäviä teoriatunteja viikon aiheesta. Samalla kerrataan edellisviikon laskuissa epäselviksi jääneitä asioita. Torstaisin on lähilaskupaja (1t) kummallekin ryhmälle erikseen.

Teoriatuntien lisäksi opintojakso sisältää kolme pakollista lähilabratyötä, jotka toteutetaan kolmena keskiviikkona (viikoilla 9-11 ja 15 pienryhmästä riippuen). Labratöiden alustavat aiheet: Termistorin resistanssin lämpötilariippuvuus, lämmönjohtavuus ja kalorimetria. 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
- Lämmön siirtyminen johtumalla, kuljettamalla ja säteilemällä
- 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 soveltamiseen koneiden, laitteiden sekä prosessien mitoituksessa ja laskennassa. Opintojakson suoritettuaan opiskelija osaa
- laskea aineiden ja rakenteiden lämpömäärät, olomuotojen muutokset
- tarkastella kappaleiden lämpötilan muutoksia ottamalla huomioon lämmön siirtymisen rakenteiden läpi
- määrittää kaasujen ja höyryjen tilan ihannekaasuyhtälön sekä erilaisten höyrytaulukoiden ja tilapiirrosten avulla
- soveltaa termodynamiikan pääsääntöjä sekä kaasujen ja höyryjen tilanmuutoksia mäntä- ja virtauskoneiden laskennassa
- määrittää lämpövoimakoneen termisen hyötysuhteen sekä lämpöpumpun ja jäähdytyskoneen tehokertoimen
- arvioida erilaisten koneiden energiatehokkuutta.

Sisältö

- paine, lämpötila, mittaaminen
- lämpölaajeneminen, lämpökapasiteetti ja lämmön siirtyminen
- ideaalikaasun tilanyhtälö
- termodynamiikan pääsäännöt, energiatase, terminen hyötysuhde
- lämpökoneiden ja -pumppujen toimintaperiaatteet ja kiertoprosessit
- kostea ilma ja ilmanvaihdon periaatteet

Oppimateriaalit

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

Opetusmenetelmät

Osallistava oppiminen, käänteinen oppiminen

Tenttien ajankohdat ja uusintamahdollisuudet

Alustavasti välikokeet viikoilla 12 ja 17 tai vaihtoehtoisesti kurssitentti viikolla 17.
Uusintamahdollisuudet EY-tekniikan yleisissä uusintakokeissa toukokuun ja kesäkuun uusinnoissa.

Pedagogiset toimintatavat ja kestävä kehitys

Osallistava oppiminen, käänteinen oppiminen

Toteutuksen valinnaiset suoritustavat

Osaamisen näyttö teoriakokeella

Opiskelijan ajankäyttö ja kuormitus

Opiskelijan työmäärä 135t jakautuu seuraavasti
- Teoriatunnit ja laskuharjoitukset 36t
- Labratyöt 6t
- Koe 2-4t (riippuen siitä tekeekö kaksi välikoetta vai yhden kurssitentin)
- Itsenäinen opiskelu 89-91t

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.

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).

Hylätty (0)

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

Arviointikriteerit, tyydyttävä (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 liittyvie laskujen hallintaa.

Arviointikriteerit, hyvä (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.

Arviointikriteerit, kiitettävä (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.

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.