ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 1 / 12.9.2016 TERVETULOA! v. 05 / T. Paloposki
Tutustuminen
Pisaroitumistutkimus 1983 1997
Low-NO x -polttimet hiilivoimalaitoksille 1997 2000
Paloturvallisuustutkimus 2000 2009
Tämän päivän ohjelma: Tutustuminen Motivointi Kurssin tavoitteet ja sisältö Kurssin asema opinnoissa ja suhde muihin kursseihin Käytännön seikkoja
Motivointi
Mitä termodynamiikka on 1 Energia Työ Lämpö Lämpötila Hyötysuhde
Onko tämä uutinen uskottava?
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....
Sähkön ja kaukolämmön yhteistuotanto
Kaukolämpövoimaloiden asema Suomen energiajärjestelmässä Sähköntuotanto [TWh] 100 80 60 40 20 Sähkön kokonaistuotanto Suomessa ja kaukolämpövoimaloiden osuus Kokonaistuotanto Kaukolämpövoimaloiden sähköntuotanto 0 2000 2005 2010 Vuosi Lämmönkulutus ja -tuotanto [TWh] 100 80 60 40 20 Rakennusten lämmönkulutus Suomessa ja kaukolämpövoimaloiden tuottama osuus Kokonaiskulutus Kaukolämpövoimaloiden kaukolämmöntuotanto 0 2000 2005 2010 Vuosi Lähde: Tilastokeskus / Energiatilastot (tiedot haettu 23.8.2016)
Höyryvoimalan vesi/höyrypiirin kytkentäkaavio yksinkertaistettuna (Piirrosmerkit: SFS-EN ISO 10628:1997)
Keravan kaukolämpövoimalan vesi/höyrypiirin kytkentäkaavio
Mitä... 2 Aineen ominaisuudet ja käyttäytyminen Video: Mikko Keinänen
Betonin karbonatisoituminen ja betoniterästen korroosio
http://betoni.com/tietoa-betonista/perustietopaketti/ominaisuudet-ja-edut/betonin-vaurioituminen/
Aineen tilaa ja faasimuutoksia kuvaavat kaaviopiirrokset
Mitä termodynamiikka on 3 Järjestys Epäjärjestys Entropia Tasapaino
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)
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]
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.
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.
Mitä tämä kaikki tarkoittaa käytännössä?
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).
Syksyn 2015 palautetta
Teoria Minkälaisilla malleilla me kuvaamme maailmaa? Minkälaisia rajoituksia ja yksinkertaistuksia meidän malleihimme liittyy? Mitä me tiedämme ja mitä me emme tiedä?
Käsitteet Systeemi Tila Prosessi Entalpia Entropia jne.
Käsitteet ovat tärkeitä Passiivitalo Nollaenergiatalo Nollapäästötalo CO 2 -neutraali talo Ilmastonmuutosneutraali talo jne.
Laskutekniikka Laskentakaavojen itsenäinen soveltaminen Tehtävänmäärittelyn ja rajausten itsenäinen tarkentaminen Laskennassa tarvittavien tietojen hankkiminen ja niiden luotettavuuden arviointi (esim. aineominaisuudet, jne.)
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
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
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.
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
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
Matematiikka
Mekaniikka
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=13829
Suorittaminen Kotilaskut (ns. pistetehtävät) Välikokeet (2 kpl) TAI tentti Maksimi Maksimi Kotilaskut 12 Kotilaskut 12 1. välikoe 12 Tentti 24 2. välikoe 12 YHTEENSÄ 36 YHTEENSÄ 36 Pisteet Arvosana 0 14 0 15 17 1 18 20 2 21 23 3 24 26 4 27 36 5
Suorittaminen Kotilaskupisteiden muodostuminen: Raakapisteet : 10 kotilaskua max. 6 p./kotilasku => max. 60 (raaka)pistettä Lopulliset pisteet = 0,2 x raakapisteet => max. 12 lopullista pistettä
Syksyn 2015 tilasto
Syksyn 2015 tilasto
Välikoepisteet 24.0 18.0 12.0 6.0 Vain ne, jotka osallistuivat molempiin välikokeisiin 0.0 0.0 3.0 6.0 9.0 12.0 Kotilaskupisteet Korrelaatio kotilaskupisteiden ja välikoepisteiden välillä syksyllä 2015
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!
Kirjallisuus Kurssikirja: Lampinen, Otatieto 582 Myynti: Gaudeamus (myymälä ja nettikauppa) Käytettyjä kirjoja tarjolla Saatavana myös kirjastoissa
Muuta kirjallisuutta
Muuta kirjallisuutta
Muuta kirjallisuutta
Muuta kirjallisuutta
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
Nyt on aika siirtyä itse asiaan. Onnea matkaan!