Thermodynamics (5cr)

Evaluation scale

H-5

Content scheduling

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

Opintojakso toteutuu viikoilla 36-48.
Suurin osa opintojakson tunneista on samanaikaisen hybridin tunteja; voit siis osallistua kampuksella tai etänä Teamsissä. Pohdi itse, kumpi opiskelutapa sinulle sopii paremmin! Osa opetustuokioista on kolmen, jopa neljän tunnin mittaisia taukoineen. Hybridituntien lisäksi yksittäisiä lähilaskupajoja esiintyy.

Teoriaosuuden lisäksi opintojakso sisältää kolme pakollista lähilabratyötä, jotka toteutetaan viikoilla 38, 39 ja 43 pienryhmissä. 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 vain 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

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

Luentomoniste
Laskuharjoitusmoniste ViLLE:n sähköisistä tehtävistä
Verkko-oppimisympäristössä oleva ja sinne linkitetty materiaali

Hyvä oppikirja, jos saatavilla (ei pakollinen, ei enää uutena hankittavissa)
Insinöörin FYSIIKKA(AMK), Osa I (Hautala, Peltonen)

Teaching methods

Yhteiset teoriatunnit, laskupajatunnit ja laboratoriotyöskentely, itsenäinen ja ryhmässä opiskelu
Tekoälyn käyttö on sallittua oman oppimisen tukena, esimerkiksi tiedon hakemiseen ja itsenäisissä laskuharjoituksissa oman ymmärtämisen apuna. Tekoälyä ei ole luvallista käyttää lainkaan kokeissa (osaamisnäyttö).

Tekoälyn käytössä noudatetaan tehtävittäin Arenen liikennevalomallia. Tekoälyn käyttö on ohjeistettu oppimistehtävittäin tämän toteutussuunnitelman kohdassa Arvioinnin kohteet.

Exam schedules

Välikokeet viikoilla 41 ja 47 tai vaihtoehtoisesti koko kurssisisällön kattava kurssitentti viikolla 47.
Uusintamahdollisuudet yleisissä uusintakokeissa 25.11.2025 klo 16-18, 16.12.2025 klo 16-18 ja tammikuussa 2026. Uusintakoetilaisuudessa voi uusia tai korottaa kurssia joko kurssitentillä tai yksittäisellä välikokeella, jos välikokeen pisteet riittäisivät hyväksyttyyn tai korottavaan suoritukseen.

Pedagogic approaches and sustainable development

Osallistava, opiskelijan omaan aktivisuuteen ja tiedon konstruointiin perustuva oppiminen
Learning by doing; tekemällä ja havainnoimalla oppiminen

Opintojaksolla hankitut matemaattiset ja luonnontieteelliset taidot tukevat opiskelijoita kestävän, eettisen ja vastuullisen toiminnan toteuttamisessa, sekä työelämässä että yksityiselämässä.

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 134t jakautuu seuraavasti
- Teoriatunnit ja laskuharjoitukset 45t
- Labratyöt 6t
- Labratöiden mittauspöytäkirjojen viimeistely 4t
- Koe 2-4t (riippuen siitä tekeekö kaksi välikoetta vai yhden kurssitentin)
- Kokeeseen/kokeisiin valmistautuminen 16t
- Itsenäinen opiskelu 59-61t, tarkoittaa itsenäistä työskentelyä noin 6t/vk!!!

Evaluation methods and criteria

Opintojakso arvioidaan numeerisesti asteikolla 0-5 kerättyjen kurssipisteiden perusteella (max 100p).
Kurssipisteitä voi kerätä:
- Itsenäisesti suoritettavilla ViLLE-laskuharjoituksilla max 9,5p (1 % ViLLE-pisteitä = 0,1 p --> 10 % = 1p --> 95 % = 9,5 p maksimi) (tekoälyn liikennevalo vihreä: saa käyttää, ei tarvitse kertoa)
- Itsenäisesti suoritettavilla labrojen ennakkotehtävillä max 3p (max 1p/ennakkotehtävä) (tekoälyn liikennevalo vihreä: saa käyttää, ei tarvitse kertoa)
- Ryhmätöinä palautettavilla mittausraporteilla max 1,5p (hyväksymisrajan 50 % ylittävältä osuudelta max 0,5p/raportti) (tekoälyn liikennevalo keltainen: saa käyttää, pitää kertoa)
- Välikokeilla 1 & 2 (á 50 p) tai kurssitentillä max 100p (tekoälyn liikennevalo punainen: ei saa käyttää, perustelu: oman osaamisen näyttö)

Jos opiskelija suorittaa kurssin välikokeilla, kumpaankin kokeeseen on osallistuttava. Jos toisen välikokeen suoritus jää uupumaan, on uusinnassa suoritettava puuttuva välikoe tai kurssitentti.

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

Itsenäisillä ja ryhmätehtävillä on täten mahdollista kerätä yhteensä max 14 kurssipistettä!

Failed (0)

Opiskelija ei saavuta vähintään 40 % kurssipisteistä = 40p tai opiskelija ei ole suorittanut pakollisia labratöitä hyväksytysti tai opiskelija on osallistunut vain yhteen välikokeeseen.

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.

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