Thermodynamics (5cr)

Evaluation scale

H-5

Content scheduling

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

Opintojakso toteutuu viikoilla 7-18. Tunnit ovat pääsääntöisesti samanaikaisen hybridin tunteja, eli opiskelija voi osallistua joko kampuksella tai etänä Teamsin kautta. Pohdi itse, kumpi opiskelutapa sinulle sopii paremmin! Osa opetustuokioista on kolmen, jopa neljän tunnin mittaisia taukoineen. Hybridituntien lisäksi yksittäisiä lähilaskupajoja esiintyy.

Teoriatuntien lisäksi opintojakso sisältää kolme pakollista lähilabratyötä, jotka toteutetaan kolmena keskiviikkona (viikoilla 9-15) pienryhmissä. Labratöiden alustavat aiheet: Lämmön vaikutuksia, kalorimetria ja ideaalikaasulait. Poissaolot labroista korvataan ensisijaisesti osallistumalla toisen ryhmän labravuorolle. Tarvittaessa järjestetään rästilabravuoro viikolla 16.

Teoriasisältö ja alustava aikataulu:
vk 7: Termofysiikan/termodynamiikan perussuureet, kaavat, yksiköt, paine, noste
vk 9: Termodynaaminen systeemi, lämpötila ja lämpölaajeneminen
vk 10: Lämpökapasiteetti, lämpöenergia ja energian siirtyminen, olomuodon muutokset
vk 11: Nesteiden ja kaasujen virtaukset, virtausyhtälöt, nesteen viskositeetti
vk 12: Kertaus
vk 13: Välikoe 1 + uutena aiheena ideaalikaasulait
vk 14: Termodynamiikan I pääsääntö ja laajenevan kaasun tekemä työ
vk 15: Lämpö- ja kylmäkoneiden toimintaperiaate
vk 16: Kaasujen kiertoprosessit lämpökoneiden toiminnassa
vk 17: Kostean ilman fysiikan perusteet ja Mollier-käyrästö
vk 18: Kertaus ja välikoe 2 / tentti

Objective

The aim of the course is to familiarize students with the fundamentals of heat transfer and thermodynamics, thereby creating a basis for their application in the design and calculation of machines, equipment, and processes.
After completing the course, student:
- is familiar with the basic quantities of thermodynamics and can perform related calculations
- understands heat transfer and its effects in substances and structures (heat conduction , thermal expansion, phase changes)
- can calculate the heat quantity in various state changes
- can perform calculations related to the flow of liquids and gases
- knows the ideal gas equation and can apply it in various state change processes
- understands the state changes of ideal gases and the cycles based on them
- can determine the thermal efficiency of a heat engine as well as the coefficients of performance of a heat pump and a refrigeration machine
- can evaluate the energy efficiency of different machines
- is familiar with the Mollier diagram and its use in calculations related to heat transfer processes
- can investigate thermodynamic phenomena using measurement setups

Content

- the main principles of thermodynamics
- pressure, temperature, measurement
- heat conduction
- thermal expansion
- heat capacity
- quantity of heat
- flow equation, Bernoulli's equation, viscosity of liquids
- changes in the state of gases and vapors
- energy balance, thermal efficiency
- operating principles of thermodynamic machines and cycles
- moist air and Mollier diagram
- measurements related to thermodynamics and reporting of results

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

Osallistava oppiminen, käänteinen oppiminen

Exam schedules

Alustavasti välikokeet viikoilla 13 ja 18 tai vaihtoehtoisesti kurssitentti viikolla 18.
Uusintamahdollisuudet EY-tekniikan yleisissä uusintakokeissa toukokuun, kesäkuun ja syyskuun 2026 uusinnoissa.

Pedagogic approaches and sustainable development

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.

Completion alternatives

Osaamisen näyttö teoriakokeella ja labroja korvaava harjoitustyö

Student workload

Opiskelijan työmäärä 135t jakautuu seuraavasti
- Teoriatunnit ja laskuharjoitukset 40t
- Labratyöt 6t
- Koe 2-4t (riippuen siitä tekeekö kaksi välikoetta vai yhden kurssitentin)
- Itsenäinen opiskelu ja labratöiden raportointi 85-87t (tarkoittaa itsenäistä opiskelua noin 8t/viikko)

Opiskeluun kuuluu itsenäisiä viikottaisia laskutehtäviä ViLLE:ssä, labroihin liittyvien ennakkotehtävien ja mittauspöytäkirjojen tekemistä sekä kokeeseen kertaamista.

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

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

- Välikokeilla 1 & 2 (á 50 p) tai kurssitentillä voi kerätä 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).

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 liittyvien 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, MS Excel, MS Word