Termodynamiikka (5 op)

Arviointiasteikko

H-5

Sisällön jaksotus

Opintojaksolla tutustutaan termodynamiikan ilmiöihin sekä harjoitellaan niihin liittyviä laskuja ja mittauksia fysiikan näkökulmasta.

Opintojakso toteutuu viikoilla 36-46, lisäksi kokeen palautustunti viikolla 46.
Viikon 36 opiskellaan teoriaa. Muilla viikoilla (koeviikkoja lukuunottamatta) viikkoaikataulu on pääsääntöisesti seuraava:
- tiistaisin laskupaja edellisen viikon teoriaan liittyen (lähitunti kampuksella)
- perjantaisin etäluento Teams: edellisen viikon aiheissa ja tehtävissä epäselviksi jääneet asiat ja uuden aiheen aloitus

Teoriatuntien lisäksi opintojakso sisältää kolme pakollista lähilabratyötä, jotka toteutetaan viikoilla 38, 39 ja 43 pienryhmissä. Labratyön päivä voi olla mikä vain ma-to. Labratöiden alustavat aiheet: Lämpölaajeneminen ja/tai Termistorin resistanssin lämpötilariippuvuus, Kalorimetria ja Ideaalikaasulait.

Labroissa on pakollinen läsnäolo, ja poissaolo korvataan ensisijaisesti osallistumalla toisen ryhmän labravuorolle. Yhden labratyön voi halutessaan korvata MATLAB Simulink-ohjelmistolla tehtävällä etälabratyöllä termistorin resistanssin lämpötilariippuvuudesta. Rästilabravuoro järjestetään tarvittaessa.

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 41 ja 46 tai vaihtoehtoisesti kurssitentti viikolla 46.
Uusintamahdollisuudet EY-tekniikan yleisissä uusintakokeissa joulukuun ja tammikuun uusinnoissa.

Pedagogiset toimintatavat ja kestävä kehitys

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.

Toteutuksen valinnaiset suoritustavat

Osaamisen näyttö teoriakokeella ja labroja korvaava harjoitustyö

Opiskelijan ajankäyttö ja kuormitus

Opiskelijan työmäärä 135t jakautuu seuraavasti
- Teoriatunnit ja laskuharjoitukset 38t
- Labratyöt 6t
- Koe 2-4t (riippuen siitä tekeekö kaksi välikoetta vai yhden kurssitentin)
- Itsenäinen opiskelu 87-89t, tarkoittaa noin 8t/vk!!!

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 liittyvien 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.

Opiskelussa käytettävät oppimisympäristöt ja ohjelmistot: Itslearning, ViLLE, Teams, MS Excel, MS Word (+MATLAB)