Termodynamiikka

Mitä opit?

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

Mitä opinnot sisältävät?

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

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