Osaamistavoitteet
Yleiset osaamistavoitteet
Kurssin jälkeen opiskelija osaa
- Määritellä ja selittää termodynamiikan peruskäsitteet sekä ilmaista ja selittää termodynamiikan pääsäännöt.
- Soveltaa termodynamiikan pääsääntöjä siirtyneen lämmön, tehdyn työn ja tilanfunktioiden muutosten määrittämisessä.
- Selittää lämpövoimakoneen toiminnan fysikaaliset periaatteet ja rajoitukset sekä määrittää hyötysuhteen lämpövoimakoneen toimintaa kuvaavalle ideaaliselle kiertoprosessille.
- Selittää entropian käsitteen sekä termodynamiikan että statistisen fysiikan perusperiaatteiden mukaisesti, ja määrittää entropian muutoksia termodynaamisissa prosesseissa.
- Selittää termodynaamisen potentiaalin käsitteen.
Tämän lisäksi kurssin edetessä alle ilmaantuu viikkokohtaisia pienempiä osaamistavoitteita, joiden tehtävänä on tukea opiskeluasi (mitä pitäisi oppia, mihin pitäisi kiinnittää erityistä huomiota).Viikko 1 (26.10.-1.11.)
- Osaat selittää termodynamiikan peruskäsitteitä: systeemi (eristetty/suljettu/avoin), tila, tilanmuuttuja, tilanfunktio, sisäenergia, lämpötila, lämpö, lämpökapasiteetti, tilanyhtälö.
- Osaat selittää termodynamiikan 0. pääsäännön.
- Osaat laskea siirtyneen lämmön ja määrittää lämpötilan muutoksia yksinkertaisissa eristetyissä/suljetuissa systeemeissä (kalorimetria).
- Osaat yleisellä tasolla kuvailla eri lämmönsiirron mekanismeja sekä näihin vaikuttavia tekijöitä.
Viikko 2 (2.-8.11.)
- Osaat selittää ideaalikaasun pätevyysalueen, sekä antaa esimerkkejä siitä miten ei-ideaalisia kaasuja voidaan kuvata tilanyhtälöllä (esim. van der Waalsin tilanyhtälö).
- Osaat tulkita pV-, pT- ja pVT-diagrammeja (faasialueet, koeksistenssikäyrät, kolmoispiste, kriittinen piste) sekä selittää tilanyhtälön yhteyden edellä mainittuihin kuvaajiin.
- Osaat selittää millä oletuksilla ja miten ideaalikaasun kineettinen malli tuottaa ideaalikaasun tilanyhtälön ja yhdistää molekyylien keskimääräisen kineettisen energian lämpötilaan.
- Osaat selittää mitkä tekijät vaikuttavat kaasun ominaislämpökapasiteettiin vakiotilavuudessa (CV) sekä kvalitatiivisesti selittää missä määrin nämä eri tekijät vaikuttavat lämpötilan muuttuessa.
- Osaat kuvailla kaasun molekyylien vauhtijakauman (Maxwellin ja Boltzmannin vauhtijakauman) sekä selittää siihen vaikuttavat tekijät.
Viikko 3 (9.-15.11.)
- Osaat määritellä ja selittää termodynamiikan käsitteet työ, kvasistaattinen prosessi, ideaalikaasu (klassisen termodynamiikan mukainen määritelmä).
- Osaat matemaattisesti muotoilla ja selittää termodynamiikan 1. pääsäännön.
- Osaat laskea tehdyn työn ja siirtyneen lämmön ideaalikaasun yksinkertaisissa termodynaamisissa prosesseissa (isokoorinen, isobaarinen, isoterminen, adiabaattinen).
Viikko 4 (16.-22.11.)
- Osaat määritellä ja selittää termodynaamisen tilansuure entalpian.
- Osaat määritellä ja selittää käsitteet palautuva ja palautumaton prosessi.
- Osaat sanallisesti ilmaista ja selittää termodynamiikan toisen pääsäännön (Clausiuksen ja Kelvinin-Planckin muotoilut).
- Osaat selittää lämpövoimakoneen toimintaperiaatteen ja perusteet suurimmalle mahdolliselle lämpövoimakoneen hyötysuhteelle.
Osaat laskea kiertoprosessissa tehdyn työn ja siirtyneen lämmön sekä näiden pohjalta määrittää kiertoprosessin ideaalisen hyötysuhteen.
- Osaat määritellä ja selittää termodynaamisen tilansuure entalpian.
Viikko 5 (23.-29.11.)
- Osaat selittää Clausiuksen epäyhtälöstä seuraavan määritelmän entropian muutoksen lausekkeelle.
- Osaat laskea entropian muutoksia yksinkertaisissa termodynaamisissa prosesseissa.
- Osaat selittää statistisen fysiikan peruskäsitteet mikrotila ja makrotila.
- Osaat antaa entropialle tilastollisen tulkinnan Boltzmannin yhtälön mukaisesti.
Viikko 6 (30.11.-6.12.)
- Osaat selittää käsitteet termodynaaminen potentiaali, Helmholtzin funktio ja Gibbsin funktio.
- Osaat selittää käsitteen kemiallinen potentiaali, sekä ilmaista sen avulla ehdon kemialliselle tasapainolle.