Termodynamiikka (5 op)

Arviointiasteikko

H-5

Sisällön jaksotus

Opintojakso toteutuu tiistaisin ja perjantaisin viikoilla 36-50.

Opintojaksolla tutustutaan termodynamiikan ilmiöihin sekä harjoitellaan niihin liittyviä laskuja ja mittauksia fysiikan näkökulmasta. Perjantain tunnit ovat teoriatunteja viikon aiheesta. Samalla kerrataan edellisviikon laskuissa epäselviksi jääneitä asioita. Tiistaisin on lähilaskupaja (1t).

Teoriatuntien lisäksi opintojakso sisältää kaksi pakollista lähilabratyötä, jotka toteutetaan kahtena eri viikkona (viikoilla 40 ja 48) pienryhmissä. Labratöiden alustavat aiheet: Termistorin resistanssin lämpötilariippuvuus, lämmönjohtavuus ja/tai kalorimetria.

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

College Physics 2e, Thermodynamics (https://openstax.org/books/college-physics-2e/pages/15-introduction-to-thermodynamics)
Verkko-oppimisympäristössä oleva ja sinne linkitetty materiaali

Opetusmenetelmät

Osallistava oppiminen, käänteinen oppiminen

Tenttien ajankohdat ja uusintamahdollisuudet

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

Kansainvälisyys

Opiskelijan omaan aktiivisuuteen, kokemukseen ja tiedon rakentamiseen perustuvat menetelmät.

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 135h jakautuu seuraavasti
- Teoriatunnit ja laskuharjoitukset 36h
- Laboratoriotöihin perehtyminen ja laboratoriossa työskentely 6h
- Koe 2-4h (riippuen siitä tekeekö kaksi välikoetta vai yhden kurssitentin)
- Itsenäinen opiskelu 89-91h

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.

Kurssilla tarvitaan funktiolaskinta.