Thermodynamics

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

Opintojakso toteutuu viikoilla 36-50.

Opintojaksolla tutustutaan termodynamiikan ilmiöihin sekä harjoitellaan niihin liittyviä laskuja ja mittauksia fysiikan näkökulmasta. Viikon ensimmäiset tunnit ovat teoriatunteja viikon aiheesta. Samalla kerrataan edellisviikon laskuissa epäselviksi jääneitä asioita. Toinen tunti on laskupaja (1t).

(Teoriatuntien lisäksi opintojakso sisältää yhden pakollista lähilabratyön pienryhmissä. Labratöihin jakaudutaan kahteen aiheeseen: Termistorin lämmönjohtavuus tai kalorimetria. Työt vertaisarvioidaan.)

Sisältö
– Termofysiikan/termodynamiikan perussuureet, kaavat, yksiköt, paine, noste
– Termodynaaminen systeemi, lämpötila ja lämpölaajeneminen
– Lämpökapasiteetti, lämpöenergia ja energian siirtyminen
– Olomuodon muutokset ja energia olomuodon muutoksissa
– Nesteiden ja kaasujen virtaukset, virtausyhtälöt
– Nesteen viskositeetti
– Ideaalikaasun tilanyhtälö
– Termodynamiikan I ja II pääsääntö
– Kaasujen kiertoprosessien esittely
– Lämpö- ja kylmäkoneiden toimintaperiaateiden esittely