ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA!

Transkriptio

1 ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA! Luento / T. Paloposki / v. 04 Tämän päivän ohjelma: Tutustuminen ja motivointi Mitä termodynamiikka on? Kurssin tavoitteet ja sisältö Kurssin asema opinnoissa ja suhde muihin kursseihin Käytännön seikkoja Ja lopuksi (ehkä) vähän asiaakin... 1

2 Mitä termodynamiikka on 1 Energia Työ Lämpö Lämpötila Hyötysuhde 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 ) 2

3 Höyryvoimalan kytkentäkaavio yksinkertaistettuna (Piirrosmerkit: SFS-EN ISO 10628:1997) Keravan kaukolämpövoimalan kytkentäkaavio 3

4 Mitä... 2 Aineen ominaisuudet ja käyttäytyminen Video: Mikko Keinänen Aineen tilaa ja faasimuutoksia kuvaavat kaaviopiirrokset 4

5 Mitä termodynamiikka on 3 Järjestys Epäjärjestys Entropia Tasapaino Maxwellin vauhtijakautuma Todennäköisyystiheys [s/m] Argon (M = 39.9 kg/kmol) T = 298 K T = 596 K Vauhti [m/s] 5

6 Maxwellin vauhtijakautuma Pisarakokojakautuma Probability density [1/mm] Inamura & Nagai (1995) Run #07 (5229 drops) Nukiyama-Tanasawa distribution Experimental data Drop size [mm] Jakautuman parametrit: b = 143,0 p = 14,85 q = 0,08528 Tilastollinen testaus: χ 02 = 24,01 14 vapausastetta => P = 0,046 6

7 Tämän päivän ohjelma: Tutustuminen ja motivointi Mitä termodynamiikka on? Kurssin tavoitteet ja sisältö Kurssin asema opinnoissa ja suhde muihin kursseihin Käytännön seikkoja Ja lopuksi (ehkä) vähän asiaakin... Tavoitteet Kurssin jälkeen opiskelija ymmärtää ja hallitsee termodynamiikan perusteorian, sen loogisen rakenteen ja käsitteet sekä osaa lämmönsiirto-opin alkeita. 7

8 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. Sisältö 2/2 Kurssin suorittaneella opiskelijalla on nykyaikaisen tutkimuksen mukainen kokonaiskuva termodynaamisen analyysin perusideoista ja sen sovellutusmahdollisuuksista tekniikan eri alueilla. 8

9 Mitä tämä kaikki tarkoittaa käytännössä? Teoria Minkälaisilla malleilla me kuvaamme maailmaa? Minkälaisia rajoituksia ja yksinkertaistuksia meidän malleihimme liittyy? Mitä me tiedämme ja mitä me emme tiedä? 9

10 Käsitteet Systeemi Tila Entropia Palautuva Adiabaattinen jne. Käsitteet ovat tärkeitä Passiivitalo Nollaenergiatalo Nollapäästötalo CO 2 -neutraali talo Ilmastonmuutosneutraali talo jne. 10

11 Laskutekniikka Laskentakaavojen itsenäinen soveltaminen Tehtävänmäärittelyn ja rajausten itsenäinen tarkentaminen Laskennassa tarvittavien tietojen hankkiminen ja niiden luotettavuuden arviointi (esim. aineominaisuudet, jne.) Perimmäinen tavoite on saavuttaa kyky itsenäiseen soveltamiseen 11

12 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 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

13 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) 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. 13

14 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. Tämän päivän ohjelma: Tutustuminen ja motivointi Mitä termodynamiikka on? Kurssin tavoitteet ja sisältö Kurssin asema opinnoissa ja suhde muihin kursseihin Käytännön seikkoja Ja lopuksi (ehkä) vähän asiaakin... 14

15 Kurssin asema opinnoissa (pääasiallisesti energiatekniikan kannalta katsottuna) (Kaaviossa näkyy vain pieni osa opintojen kokonaisuudesta) Kemia massa (kg), ainemäärä (mol) moolimassa (g/mol, kg/kmol) reaktioyhtälöt, aineen häviämättömyys 15

16 Matematiikka Mekaniikka 16

17 Tämän päivän ohjelma: Tutustuminen ja motivointi Mitä termodynamiikka on? Kurssin tavoitteet ja sisältö Kurssin asema opinnoissa ja suhde muihin kursseihin Käytännön seikkoja Ja lopuksi (ehkä) vähän asiaakin... Käytännön seikkoja Tiedotus: MyCourses-sivut 17

18 Käytännön seikkoja Opiskelijapalaute: Webropol (standardimenettely) Palauteryhmä? Kirjallisuus Lueteltu MyCourses-sivustolla Lisämateriaalia jaetaan MyCourses-sivuston kautta (esim. luentokalvoja) Tee omia muistiinpanoja! Etsi itse muutakin luettavaa! 18

19 Kirjallisuus Kurssikirja: Lampinen, Otatieto 582 Myynti: Gaudeamus (myymälä ja nettikauppa) Käytettyja kirjoja tarjolla Myös kirjastoissa Kirjallisuus Taulukkokirja: Kotiaho, Lampinen & Seppälä, Raportti 136 Rooli pohdittavana Myynti: Voitto Kotiaho 19

20 9/7/2015 Muuta kirjallisuutta Muuta kirjallisuutta 20

21 9/7/2015 Muuta kirjallisuutta Muuta kirjallisuutta 21

22 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 Suorittaminen Kotilaskupisteiden muodostuminen: Raakapisteet : max. 6 p./kotilasku 10 kotilaskua => 60 pistettä Lopulliset pisteet = Raakapisteet x 0,2 22

23 Suorittaminen Tenttipisteet [ ] Korrelaatio kotilaskupisteiden ja tenttipisteiden välillä joulukuun 2014 tentissä Laskuharjoituspisteet [ ] Luentoaikataulu 1. periodi 23

24 Luentoaikataulu 2. periodi Kotilaskuaikataulu 1. periodi 24

25 Kotilaskuaikataulu 2. periodi Tämän päivän ohjelma: Tutustuminen ja motivointi Mitä termodynamiikka on? Kurssin tavoitteet ja sisältö Kurssin asema opinnoissa ja suhde muihin kursseihin Käytännön seikkoja Ja lopuksi (ehkä) vähän asiaakin... 25

26 Nyt on aika siirtyä itse asiaan. Onnea matkaan! 26