PHYS-A0120 Termodynamiikka Projektityö

Transkriptio

1 PHYS-A010 Termodynamiikka Projektityö Peter Liljeroth Rasmus Kähärä Mathias Fontell

2 Peter Liljeroth Originally chemistry Since 011, professor at Department of Applied Physics Atomic scale physics group (

3 Tavoitteet Oppia (lisää) termodynamiikkaa Harjoitella tieteellisen raportin tekemistä tieteelliseen raporttiin liittyy tiettyjä yleisiä käytäntöjä, joita käytännössä kaikki opinnäytteet ja tieteelliset julkaisut noudattavat näistä opitaan tällä kurssilla alkeet Harjoitella esiintymistä ja palautteen antamista Ryhmätöitä, työnjakoa ja kommunikaatiota Tieteellinen menetelmä Ongelman määrittely Ratkaisuehdotus Kokeellinen mittaus Iteraatio: mitä asioita ei otettu huomioon/pitäisi muuttaa/tehdä paremmin, mikä on olennaista ja mikä ei ole Itseasiassa hyvin samanlainen kuin tuotekehityksessä (tai startup-yrityksessä)

4 Mitä projektisessioissa tapahtuu? Käydään läpi saatuja tehtäviä, suunnitellaan Tehdään mittauksia Sovitaan ryhmän kanssa tehtävien jaosta ja tekemisestä Vaikka tehtävien tekoa jaetaan ryhmän kesken, kaikkien ryhmän jäsenten tulee olla perillä lopputuloksesta

5 Arvostelu Kurssin arvosana muodostuu kolmesta tekijästä: laskuharjoituksista (1/3), projektityöstä (1/3) sekä kurssin lopussa tehtävästä kotitentistä (1/3) Projektityöstä on saatava hyväksytty suoritus Projektisessioihin osallistuminen on pakollista Tarkoittaa osallistumista, riman ei ole tarkoitus olla mielettömän korkealla Projektin arvosana tulee enimmäkseen raportin perusteella (70%) Ratkaisun esittely (ensi viikolla) (0%) mittaussessiot (10%), kaikkien pitää olla mukana ja pystyä kertomaan mitä ollaan tekemässä

6 Arvostelu - jatkoa Projektityön palautus on kaksiportainen ja lopullinen arvosana on palautusten keskiarvo Ensimmäinen DL on pe 9.1. Työt tarkistetaan viikolla 50 ja ryhmät saavat palautetta Lopullinen DL on ennen joulua (esim..1.) Lähtökohtaisesti kaikki ryhmän jäsenet saavat saman pistemäärän raportista ryhmä voi hyvin perustellusta syystä esittää, kuinka he jakaisivat pisteet keskenään

7 Raportti Looginen kokonaisuus (vaikka eri osiot olisivatkin eri ihmisten kirjoittamia) Arvostelussa merkittävä määrä pisteistä tulee työn ulkoasusta, koska raportointityylin hallitseminen erittäin tärkeä taito Olennaista tieteelliselle ulkoasulle on nimenomaan selkeys ja ymmärrettävyys. Asiat on jaoteltu työhön loogisesti ja ns. punainen lanka pysyy selvänä. Lisäohjeita tulee ensi viikon aikana MyCourses-sivulle.

8 Aikataulu viikko 45 (pe ): Esitehtäviä, ryhmissä suunnittelun aloittaminen viikko 46 (pe ): Suunnitelmien esittely + palaute viikko 47 (pe 5.11.): Suunitelmien muokkaus, mittausten aloitus perjantaina (oppilaslabra) viikko 48 (pe.1.): Saatujen tulosten analysointi ja paranneltujen mittausten suorittaminen perjantaina viikko 49 (pe 9.1.): Raportin viimeistely Raportin 1. dl pe 9.1. dl ennen joulua (esim..1.)

9 Projektityö Projektiyön aiheena on adiabaattivakion arvon mittaaminen Kyseessä on ns. rakentelutyö Suunnitellaan ensin miten mitataan ja sitten tehdään käytännössä Lopuksi työstä kirjoitetaan raportti Oikea vastaus on vähemmän tärkeä kuin hyvä prosessi

10 Esitehtäviä Mitä termodynaamisia prosesseja on olemassa? Mikä on adiabaattinen prosessi? Otetaan joku oikea systeemi, esim. mäntä ja sylinteri. Mihin asioihin voi vaikuttaa jotta tehty tilavuuden muutos olisi adiabaattinen prosessi? Mikä ero on adiabaatisella prosessilla ja PV-isotermillä (esim. oheisessa mäntäsysteemissä)? Keskustelkaa assarien kanssa vastauksista

11 Tehtävä: mittaa adiabaattivakio Miten mitata adiabaattivakion arvo? Käytettävissä olevat laitteet ovat mäntä/sylinterisysteemi Ideaalitilanteessa sekä vuotamaton että kitkaton Tämä on mahdoton yhdistelmä Käytössä oleva lähempänä kitkatonta Sylinterissä tilavuusasteikko paineanturi (suuri näytteenottotaajuus) Tietokone + sopiva ohjelmisto letkuja, liittimiä

12 Mikä on kaasun adiabaattivakio Arvo riippuu kaasusta miksi?

13 Miksi erilainen eri kaasuille? Mikä on lämpökapasiteetti? Vakiotilavuudessa C V dq dt U T Luennolla osoitettiin että c P c V = R Mikä U (sisäenergia) on ideaalikaasulle? Ekvipartitioteoreema Keskiarvoenergia per vapausaste on kt/. Pistemäiselle atomille/molekyylille (ei sisäistä rakennetta), vapausasteet ovat x, y ja z E kt U 1 mvx mvy mvz kt 1 kt 3kT 1 V C c c V V P c 3/ k 3/ R 5 / R P / c V 5 /

14 Entäpä esim N? Kokeellisesti = 1.4 Montako vapausastetta? Jos kyseessä on diatominen molekyyli (esim. H ja N ), sillä on translaatioidein x, y, ja z lisäksi mahdollisuus rotaatioihin kahden akselin ympäri ja molekyylin sisäisiin vibraatioihin. 1 spring d 1 E mvx mvy mvz I1 1 I mr k dt U kt / kt / kt / kt / kt / kt / kt / 7 / kt c c V P c 7 / R 9 / R P / c V 9 / 7 1.9

15 Missä vika? Jos lämpötilaa lasketaan, vibraatiomoodit tippuvat pois pelistä (niillä on tietty energia ja lämpöenergia ei enää riitä virittämään niitä): c V = 5/R ja = c P /c V = 7/5 = 1.4 vetykaasulle

16 Ohjeistusta tulevalle viikolle Sopikaa työnjaosta, tapaamisajoista Valmistelkaa lyhyt esitys (n. 5 minuuttia) aiheesta Muistakaa miettiä mihin mittaus perustuu, miten voidaan laskea / arvioida / mitata / saada adiabaattivakion arvo Mihin asioihin voi vaikuttaa jotta tehty tilavuuden muutos olisi adiabaattinen prosessi? Käytettävissä olevat välineet Keskustelkaa (ainakin lyhyesti) assareiden kanssa ennen kuin poistutte

17 Ryhmäjako Ryhmä ap1: Alaluusua, Kalle Kangas, Veli Lindy, Etna Rantanen, Essi Maaranen, Pyry Ryhmä ap: Hapulahti, Juuso Koivisto, Petri Manninen, Ilkka Sairo, Niko Bergman, Elmer Ryhmä ap3: Harnist, Bent Lahti, Patrik Mattlar, Tuukka Sallinen, Iiro Ryhmä ap4: Huuskonen, Petteri Laine, Jani Määttä, Petri Serué, Michael Ryhmä ap5: Hämäläinen, Jan Lammi, Daniel Norrbäck, Jessica Summanen, Tommi Ryhmä ap6: Hännikäinen, Hilkka Lankinen, Eetu Nyman, Emil Tomberg, Pauliina Ryhmä ap7: Härkönen, Sami Lauranto, Unna Olander, Leevi Turunen, Matti Ryhmä ap8: Hätinen, Joel Leidén, Tuomas Paakkinen, Aleksanteri Vaara, Lauri Ryhmä ap9: Kamppinen, Aleksi Leino, Henrik Pohjavirta, Onni Vestola, Saara Ryhmä ap10: Kanerva, Heini Lievonen, Henrik Pyhäranta, Tuomas Yli-Opas, Perttu