Termodynamiikka (5op)

Arviointiasteikko

H-5

Sisällön jaksotus

Opintojaksolla käsiteltävät sisällöt, oppikirjan otsikoiden mukaisesti, seuraavassa järjestyksessä:
- Nesteiden ja kaasujen mekaniikka: Paine. Hydrostaattinen paine. Arkhimedeen laki. Jatkuvuusyhtälö. Bernoullin yhtälö. Bernoullin yhtälön sovelluksia. Tuulienergia.
- Lämpötila ja sen muuttuminen: Lämpötila ja sen mittaaminen. Kiinteiden aineiden ja nesteiden lämpölaajeneminen.
- Lämpöenergia: Lämpömäärä ja sisäenergia. Lämpökapasiteetti ja ominaislämpökapasiteetti. Olomuodon muutokset. Kalorimetria. Ilman kosteus.
- Lämpöenergian siirtyminen: Konvektio. Johtuminen. Säteily.
- Termodynamiikka: Kaasujen tilasuureet ja tilanyhtälö. Kaasun sisäenergia ja ominaislämmöt. Termodynamiikan pääsäännöt. Kaasujen tilanmuutokset. Kiertoprosessit. Todellisten koneitten vertailuprosesseja.

Samaan aikaan toteutetaan sisältöihin liittyvä laboratoriotyö ja laaditaan tutkimusraportti.

Samaan aikaan laaditaan myös tekoälyavusteinen kirjoitelma.

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

INKINEN, Pentti, Jukka Tuohi. Momentti 1, insinöörifysiikka. Kustannusosakeyhtiö Otava.
Työohjeet
Eduhouse koulutukset
Lisäksi suositellaan: Kaavasto- ja taulukkokirjat, SFS Online.

Opetusmenetelmät

Opintojaksolla käsitellään sen sisältöön liittyviä keskeisiä perusteita ja toimintatapoja sekä tavoitteisiin liittyviä tiimitehtäviä.
Opintojakso sisältää myös fysikaalisiin perusmittauksiin liittyvää suunnittelua, laboratoriotyöskentelyä tiimeissä sekä tutkimuksen raportointia.
Opintojakso sisältää myös tekoälyavusteisen kirjoitelman laatimisen tiimeissä.

Tenttien ajankohdat ja uusintamahdollisuudet

Ei tenttiä. Opintojakso koostuu osasuorituksista.

Pedagogiset toimintatavat ja kestävä kehitys

Lähi-/etäopetus, ennakko- ja harjoitustehtävät, tiimitehtävät, laboratoriotyöskentely ja raportointi, tiimioppiminen, yksilöoppiminen, sähköinen oppimisympäristö.

Opintojaksolla kannustetaaan soveltamaan vastuullisuuden ja kestävän kehityksen periaatteita.

Opiskelijan ajankäyttö ja kuormitus

Toteutus ECTS mukaisesti.

Opiskelija käyttää aikaa sisällön läpikäyntiin, tehtävien ratkaisuun, laboratoriotyöskentelyn suunnitteluun ja toteuttamiseen sekä tutkimusraportin ja kirjoitelman laadintaan.

Opintojakson laboratoriotyössä työskennellään työryhmässä, jonka omalla työvuoroilla on läsnäolopakko. Tutkimusraporttiin voi käyttää vain työryhmän omia havaintoja.

Työryhmän on laadittava opintojakson kirjoitelma tekoälyavusteisesti. Kirjoitelmassa voi käyttää vain työryhmän omia syöteitä ja tekoälyn näihin antamia vastauksia sekä työryhmän omaa analyysiä.

Arviointimenetelmät ja arvioinnin perusteet

Opiskelijan osaamista arvioidaan opiskelijatiimien saamien tiimitehtävien sekä tutkimusraportin ja kirjoitelman perusteella. Opintokokonaisuuksien jälkeen pidettävillä tiimitehtäväsessioilla muodostuu kuhunkin tiimitehtäviin perustuva yksilöarviointi. Opiskelijan yksilöosaamisen arviointi tapahtuu tiimitehtäviä koskevien testien perusteella. Kunkin tiimitehtäväsession testeistä saatava yksilöarvosana on 0...5 arvosanaa. Opiskelijan tiimiosaamisen arviointi tapahtuu tutkimusraportin ja kirjoitelman perusteella. Tutkimusraporttityön jälkeen palautettavan työryhmän tutkimusraportin tiimiarvosana on 0...5 arvosanaa. Kirjoitelman tiimiarvosana on hyväksytty tai hylätty.

Opiskelijan saama opintojakson arvosana muodostuu yksilöarvosanojen ja tiimiarvosanan keskiarvona. Kirjoitelma on suoritettava hyväksytysti.

Jokaisten tiimitehtävien testit kuuluvat opintojakson osaamistavoitteisiin ja ne on tehtävä kunkin tiimitehtäväsession aikana. Tutkimusraporttityö on suoritettava ajallaan sekä tutkimusraportin palautus on tehtävä palautuspäivään mennessä. Kitjoitelma on tehtävä ajallaan ja se on palautettava palautuspäivään mennessä.

Opintojaksolla työskennellään työryhmässä, jonka omalla työvuorolla on läsnäolopakko. Työvuorolla tehtävä työ kuuluu opintojakson osaamistavoitteisiin. Työn raportointiin voi käyttää vain työryhmän omia havaintoja.

Työryhmän on laadittava kirjoitelma yhdessä omalla ajalla ja se kuuluu opintojakson osaamistavoitteisiin.

Hyväksytyn suorituksen arviointeja ei voi korottaa.

Arvioitavat kohteet (CDIO Syllabus)
1. Fundamental Knowledge and Reasoning (Perustiedot ja päättelytaidot)
2. Personal and Professional Skills and Attributes (Henkilökohtaiset ja ammatilliset taidot ja ominaisuudet)
3. Interpersonal Skills: Collaboration, Teamwork and Communication (Vuorovaikutustaidot: Yhteistyö, tiimityö ja viestintä)

Tekoälyä saa käyttää opintojaksolla, kuitenkin harkiten. Tekoälyn käytöstä ei tarvitse mainita muissa oppimistehtävissä kuin tutkimusraporttien ja kirjoitelmien lähdeviitteissä. Kirjoitelmat on laadittava tekoälyavusteisesti.

Lisätiedot

Itslearning.

Edeltävänä opintona Fysiikka sekä Fysiikan mittaukset ja raportointi.