Thermodynamics (5 cr)

Evaluation scale

H-5

Content scheduling

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

Objective

The target of the module is to familiarize student to apply thermal physics and thermodynamics to dimensioning thermal machines and processes. After completing the course, student can:
- calculate amount of heat and phase changes in matter and structures
- assess temperature changes in matter by taking heat transfer into account
- determine the state of gas and vapor, and calculate their changes
- determine energy balance
- determine the thermal efficiency of heat engines and power coefficient of heat pump and cooling machine
- evaluate the energy efficiency of common machines.

Content

- pressure, temperature, measurement
- thermal expansion, heat capacity and heat transfer
- ideal gas law
- laws of thermodynamics, energy balance, thermal efficiency
- principles and cycles of heat engines and pumps
- properties of moisturized air, principles of air conditioning.

Materials

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

Teaching methods

Osallistava oppiminen, käänteinen oppiminen

Exam schedules

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

Pedagogic approaches and sustainable development

Osallistava oppiminen, käänteinen oppiminen

Completion alternatives

Osaamisen näyttö teoriakokeella

Student workload

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

Evaluation 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).

Failed (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 liittyvie 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.

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.