ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 1 / TERVETULOA! v. 05 / T. Paloposki

Transkriptio

1 ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 1 / TERVETULOA! v. 05 / T. Paloposki

2 Tutustuminen

3 Pisaroitumistutkimus

4 Low-NO x -polttimet hiilivoimalaitoksille

5 Paloturvallisuustutkimus

6 Tämän päivän ohjelma: Tutustuminen Motivointi Kurssin tavoitteet ja sisältö Kurssin asema opinnoissa ja suhde muihin kursseihin Käytännön seikkoja

7 Motivointi

8 Mitä termodynamiikka on 1 Energia Työ Lämpö Lämpötila Hyötysuhde

9 Onko tämä uutinen uskottava?

10 Energian säilymisen laki (termodynamiikan 1. pääsääntö) Feynman et al. (1963, s. 4-7):... In quantum mechanics it turns out that the conservation of energy is very closely related to another important property of the world, things do not depend on absolute time. We can set up an experiment at a given moment and try it out, and then do the same experiment at a later moment, and it will behave in exactly the same way....

11 Sähkön ja kaukolämmön yhteistuotanto

12 Kaukolämpövoimaloiden asema Suomen energiajärjestelmässä Sähköntuotanto [TWh] Sähkön kokonaistuotanto Suomessa ja kaukolämpövoimaloiden osuus Kokonaistuotanto Kaukolämpövoimaloiden sähköntuotanto Vuosi Lämmönkulutus ja -tuotanto [TWh] Rakennusten lämmönkulutus Suomessa ja kaukolämpövoimaloiden tuottama osuus Kokonaiskulutus Kaukolämpövoimaloiden kaukolämmöntuotanto Vuosi Lähde: Tilastokeskus / Energiatilastot (tiedot haettu )

13 Höyryvoimalan vesi/höyrypiirin kytkentäkaavio yksinkertaistettuna (Piirrosmerkit: SFS-EN ISO 10628:1997)

14 Keravan kaukolämpövoimalan vesi/höyrypiirin kytkentäkaavio

15 Mitä... 2 Aineen ominaisuudet ja käyttäytyminen Video: Mikko Keinänen

16 Betonin karbonatisoituminen ja betoniterästen korroosio

17

18 Aineen tilaa ja faasimuutoksia kuvaavat kaaviopiirrokset

19 Mitä termodynamiikka on 3 Järjestys Epäjärjestys Entropia Tasapaino

20 Mitä termodynamiikka on 3 entropy has been called time s arrow, for it can tell us in which direction time is going. Giancoli (2008 s. 544) kansikuva kirjasta Termodynamiikka (Nils-Erik Fagerholm, 1986)

21 Maxwellin vauhtijakautuma

22 Maxwellin vauhtijakautuma Todennäköisyystiheys [s/m] Argon (M = 39.9 kg/kmol) T = 298 K T = 596 K Vauhti [m/s]

23 Tämän päivän ohjelma: Tutustuminen Motivointi Kurssin tavoitteet ja sisältö Kurssin asema opinnoissa ja suhde muihin kursseihin Käytännön seikkoja

24 Tavoitteet Kurssin jälkeen opiskelija ymmärtää ja hallitsee termodynamiikan perusteorian, sen loogisen rakenteen ja käsitteet sekä osaa lämmönsiirto-opin alkeita.

25 Sisältö 1/2 Termodynamiikan pääsäännöt ja näistä täsmällisesti johdettu perusteoria. Lämpö- ja virtausteknisten laitteiden analysointi termodynamiikan avulla. Yksinkertaiset palamislaskut. Lämmönsiirto-opin perusilmiöt ja yksinkertaiset lämmönsiirtolaskelmat.

26 Sisältö 2/2 Kurssin suorittaneella opiskelijalla on nykyaikaisen tutkimuksen mukainen kokonaiskuva termodynaamisen analyysin perusideoista ja sen sovellutusmahdollisuuksista tekniikan eri alueilla.

27 Mitä tämä kaikki tarkoittaa käytännössä?

28 Opetusfilosofia Kaikki voivat oppia, mutta kaikkien on tehtävä työtä. Mieluummin vähän mutta hyvin kuin paljon ja kehnosti. Puhuminen on kultaa, vaikeneminen hopeaa (ajatustenluku on vaikeaa).

29 Syksyn 2015 palautetta

30 Teoria Minkälaisilla malleilla me kuvaamme maailmaa? Minkälaisia rajoituksia ja yksinkertaistuksia meidän malleihimme liittyy? Mitä me tiedämme ja mitä me emme tiedä?

31 Käsitteet Systeemi Tila Prosessi Entalpia Entropia jne.

32 Käsitteet ovat tärkeitä Passiivitalo Nollaenergiatalo Nollapäästötalo CO 2 -neutraali talo Ilmastonmuutosneutraali talo jne.

33 Laskutekniikka Laskentakaavojen itsenäinen soveltaminen Tehtävänmäärittelyn ja rajausten itsenäinen tarkentaminen Laskennassa tarvittavien tietojen hankkiminen ja niiden luotettavuuden arviointi (esim. aineominaisuudet, jne.)

34 Esimerkki tietojenhankinnasta Mikä on puun lämmönjohtavuus? Kurssin oppikirja: λ = 0,11 0,17 W/(m K) (taulukko 2, s. 23) Google-haun kaksi kärkeä:

35 Perimmäinen tavoite on saavuttaa kyky itsenäiseen soveltamiseen

36 Toisin sanoin sanottuna: I perceived what a science teacher's job really is. The goal should be, not to implant in the student's mind every fact that the teacher knows now; but rather to implant a way of thinking E. T. Jaynes, A Backward Look to the Future (1993) s. 262

37 As I came to realize this, my style in teaching changed to analyzing only a few problems, but in some real depth. It doesn't even matter very much what those few problems are; once a student knows what it feels like to analyze something in depth, he can do it for himself on whatever other problems may come his way. E. T. Jaynes, A Backward Look to the Future (1993) s. 262

38 Onko termodynamiikka vaikeaa?... termodynamiikan opettaminen ja oppiminen on käytännössä vaikeaa, vaikka kyseessä ovat varsin yksinkertaiset perusasiat. (Martti Tikkanen kirjan Helppoa termodynamiikkaa esipuheessa) Thermodynamics is a rather difficult and complex subject when we come to apply it... (Richard Feynman kirjassa The Feynman lectures on physics, luvun 45 alku)

39 Miksi termodynamiikka on koettu vaikeaksi? Mitä asialle pitäisi tehdä? Monissa oppikirjoissa esitetään näkemys, että termodynamiikka muuttuu helpoksi silloin kun asiat opetetaan ja opiskellaan juuri siinä kirjassa esitetyllä tavalla. Jos ongelma olisi oikeasti näin yksinkertainen, se olisi ratkaistu jo kauan sitten.

40 Jokaisella on oma tiensä Termodynamiikan sisältöä ei voi kukaan omaksua toisen puolesta. Jokainen joutuu etsimään oman tapansa oivaltaa. Kokeile erilaisia tapoja. Lue paljon ja lue eri kirjoja. Aina kun olet mielestäsi ymmärtänyt jonkin uuden asian, kokeile, osaatko myös soveltaa tietojasi laskemiseen.

41 Tämän päivän ohjelma: Tutustuminen Motivointi Kurssin tavoitteet ja sisältö Kurssin asema opinnoissa ja suhde muihin kursseihin Käytännön seikkoja

42 Kurssin asema opinnoissa (pääasiallisesti energiatekniikan kannalta katsottuna) (Kaaviossa näkyy vain pieni osa opintojen kokonaisuudesta)

43 Kemia massa (kg), ainemäärä (mol) moolimassa (g/mol, kg/kmol) reaktioyhtälöt, aineen häviämättömyys

44 Matematiikka

45 Mekaniikka

46 Tämän päivän ohjelma: Tutustuminen Motivointi Kurssin tavoitteet ja sisältö Kurssin asema opinnoissa ja suhde muihin kursseihin Käytännön seikkoja

47 Käytännön seikkoja Tiedotus: MyCourses-sivut

48 Suorittaminen Kotilaskut (ns. pistetehtävät) Välikokeet (2 kpl) TAI tentti Maksimi Maksimi Kotilaskut 12 Kotilaskut välikoe 12 Tentti välikoe 12 YHTEENSÄ 36 YHTEENSÄ 36 Pisteet Arvosana

49 Suorittaminen Kotilaskupisteiden muodostuminen: Raakapisteet : 10 kotilaskua max. 6 p./kotilasku => max. 60 (raaka)pistettä Lopulliset pisteet = 0,2 x raakapisteet => max. 12 lopullista pistettä

50 Syksyn 2015 tilasto

51 Syksyn 2015 tilasto

52 Välikoepisteet Vain ne, jotka osallistuivat molempiin välikokeisiin Kotilaskupisteet Korrelaatio kotilaskupisteiden ja välikoepisteiden välillä syksyllä 2015

53 Kuormittavuus Virallinen työmäärä 5 op x 26,7 h/op = 133,5 h Jakautuu n. 13 viikon ajalle => n. 10 h/vko TAI: Ristiriita 50 % n. 17 % syksyn työmäärästä => n. 7 h/vko

54 Kirjallisuus Lueteltu MyCourses-sivustolla Lisämateriaalia jaetaan MyCourses-sivuston kautta (esim. luentokalvoja) Tee omia muistiinpanoja! Etsi itse muutakin luettavaa!

55

56 Kirjallisuus Kurssikirja: Lampinen, Otatieto 582 Myynti: Gaudeamus (myymälä ja nettikauppa) Käytettyjä kirjoja tarjolla Saatavana myös kirjastoissa

57 Muuta kirjallisuutta

58 Muuta kirjallisuutta

59 Muuta kirjallisuutta

60 Muuta kirjallisuutta

61 Opiskelijapalaute Vaihtoehto 1: Webropol-järjestelmä Aalto-yliopiston vakiojärjestelmä Palaute kerätään yksilöllisesti ja nimettömästi Palaute kerätään kurssin päätyttyä => hyödyntäminen jää tuleviin vuosiin Vaihtoehto 2: palauteryhmä Kokeiluasteella olevaa toimintaa Palauteryhmään tarvitaan vapaaehtoisia, jotka uskaltavat toimia omalla nimellään ja kasvoillaan Palaute kerätään jo kurssin aikana => hyödyntäminen voi periaatteessa alkaa jo kurssin kestäessä

62 Tämän päivän ohjelma: Tutustuminen Motivointi Kurssin tavoitteet ja sisältö Kurssin asema opinnoissa ja suhde muihin kursseihin Käytännön seikkoja

63 Nyt on aika siirtyä itse asiaan. Onnea matkaan!