ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 1 / 11.9.2017 T. Paloposki Tämän päivän ohjelma: Tutustuminen Motivointi Kurssin tavoitteet ja sisältö Kurssin asema opinnoissa ja suhde muihin kursseihin Käytännön seikkoja 1
Tutustuminen Tämän päivän ohjelma: Tutustuminen Motivointi Kurssin tavoitteet ja sisältö Kurssin asema opinnoissa ja suhde muihin kursseihin Käytännön seikkoja 2
Motivointi Mitä termodynamiikka on 1 Käsitteitä Energia Työ Lämpö Lämpötila Hyötysuhde Sovellutusesimerkki 3
9/11/2017 Sähkön ja kaukolämmön yhteistuotanto Kaukolämpövoimaloiden asema Suomen energiajärjestelmässä Lähde: Tilastokeskus / Energiatilastot (tiedot haettu 23.8.2017) 4
Höyryvoimalan vesi/höyrypiirin kytkentäkaavio yksinkertaistettuna (Piirrosmerkit: SFS-EN ISO 10628:1997) Keravan kaukolämpövoimalan vesi/höyrypiirin kytkentäkaavio 5
Mitä termodynamiikka on 2 Faasi Käsitteitä Faasimuutos Sulaminen Höyrystyminen Sovellutusesimerkki Energian varastointi (video ks. seuraava dia) Alijäähtyneen natriumasetaattitrihydraatin kiteytyminen (video: Mikko Keinänen) 6
Betonin karbonatisoituminen ja betoniterästen korroosio Aineen tilaa ja faasimuutoksia kuvaavat kaaviopiirrokset 7
Mitä termodynamiikka on 3 Käsitteitä Järjestys Epäjärjestys Entropia Tasapaino Sovellutusesimerkki Sekoittuminen 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) 8
Maxwellin vauhtijakautuma Maxwellin vauhtijakautuma Todennäköisyystiheys [s/m] 0.004 0.003 0.002 0.001 0.000 Argon (M = 39.9 kg/kmol) T = 298 K T = 596 K 0 500 1000 1500 Vauhti [m/s] 9
Tämän päivän ohjelma: Tutustuminen Motivointi Kurssin tavoitteet ja sisältö Kurssin asema opinnoissa ja suhde muihin kursseihin Käytännön seikkoja Tavoitteet Kurssin jälkeen opiskelija ymmärtää ja hallitsee termodynamiikan perusteorian, sen loogisen rakenteen ja käsitteet sekä osaa lämmönsiirto-opin alkeita. 10
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. 11
Mitä tämä kaikki tarkoittaa käytännössä? Opetusfilosofia Kaikki voivat oppia, mutta kaikkien on tehtävä työtä. Puhuminen on kultaa, vaikeneminen hopeaa (ajatustenluku on vaikeaa). Mieluummin vähän mutta hyvin kuin paljon ja kehnosti. 12
Syksyn 2016 tilasto Syksyn 2015 palautetta 13
Teoria Minkälaisilla malleilla me kuvaamme maailmaa? Minkälaisia rajoituksia ja yksinkertaistuksia meidän malleihimme liittyy? Mitä me tiedämme ja mitä me emme tiedä? Laskutekniikka Laskentakaavojen itsenäinen soveltaminen Tehtävänmäärittelyn ja rajausten itsenäinen tarkentaminen Laskennassa tarvittavien tietojen hankkiminen ja niiden luotettavuuden arviointi (esim. aineominaisuudet, jne.) 14
Esimerkki tietojenhankinnasta Mikä on puun lämmönjohtavuus? Kurssin oppikirja: λ = 0,11 0,17 W/(m K) (taulukko 2, s. 23) Google-haun kaksi kärkeä: http://www.engineeringtoolbox.com/thermal-conductivity-d_429.html https://en.wikipedia.org/wiki/list_of_thermal_conductivities Perimmäinen tavoite on saavuttaa kyky itsenäiseen soveltamiseen 15
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. 262 16
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. 17
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 Motivointi Kurssin tavoitteet ja sisältö Kurssin asema opinnoissa ja suhde muihin kursseihin Käytännön seikkoja 18
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 19
Matematiikka Mekaniikka 20
Tämän päivän ohjelma: Tutustuminen Motivointi Kurssin tavoitteet ja sisältö Kurssin asema opinnoissa ja suhde muihin kursseihin Käytännön seikkoja Käytännön seikkoja Tiedotus: MyCourses-sivut https://mycourses.aalto.fi/course/view.php?id=17686&lang=fi 21
Suorittaminen EI välikokeita EIKÄ tenttejä Suorittaminen kotilaskuilla - 12 kotilaskukierrosta (1/viikko) - max. 6 p. / kotilasku - Maksimipistemäärä 6 x 12 = 72 Kotilaskupisteiden ja arvosanan välinen riippuvuussuhde: Kotilaskujen palautus Sähköinen palautus (MyCourses). Katso ohjeet MyCourses-sivuilta. Noudata määräaikoja (ne ovat ehdottomia)! Testaa, että osaat käyttää järjestelmää. Huomaa, että kullakin kierroksella arvostellaan viimeisin tekemäsi palautus! 22
Miksi ei välikokeita eikä tenttejä? 1. Tenttitilanne ei vastaa työelämän toimintatapoja: Toimiminen yksin/ryhmässä Lähdemateriaalin käyttö Apuvälineiden käyttö Miksi ei välikokeita eikä tenttejä? 2. Tentti mittaa samaa asiaa kuin laskuharjoituksetkin: Kotilaskupisteiden ja välikoepisteiden välinen riippuvuus syksyllä 2016 23
Miksi ei välikokeita eikä tenttejä? 3. Tenttiin liittyy joukko teknisiä riskejä: Tehtävävalinnan onnistuminen Tiedotuksen toimivuus Muu mahdollinen sählinki Pedagoginen tutkimus? Tentistä luopumisen vaikutuksia on tarkoitus mitata tämän syksyn jälkeen. Tähän palataan myöhemmin. 24
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 Kirjallisuus Lueteltu MyCourses-sivustolla Lisämateriaalia jaetaan MyCourses-sivuston kautta (esim. luentokalvoja) Tee omia muistiinpanoja! Etsi itse muutakin luettavaa! 25
9/11/2017 Kirjallisuus Kurssikirja: Lampinen, Otatieto 582 Myynti: Gaudeamus (myymälä ja nettikauppa) Käytettyjä kirjoja tarjolla Saatavana myös kirjastoissa Muuta kirjallisuutta 26
9/11/2017 Muuta kirjallisuutta Muuta kirjallisuutta 27
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 Tämän päivän ohjelma: Tutustuminen Motivointi Kurssin tavoitteet ja sisältö Kurssin asema opinnoissa ja suhde muihin kursseihin Käytännön seikkoja 28