Kaisa_2012_3_photo by Veikko Somerpuro

Enrol
18.12.2019 at 08:00 - 7.1.2020 at 23:59

Timetable

Description

Opintojaksosta vastaa fysikaalisten tieteiden kandiohjelma.

Fysiikan perusteet. Differentiaali- ja integraalilaskennan perusteet.

Kurssi FYS2002 Termodynaamiset potentiaalit suositellaan käytäväksi välittömästi tämän kurssin jälkeen.

Opiskelija ymmärtää termodynamiikan peruskäsitteet: termodynaaminen tila, tilamuuttujat, tilanyhtälö, työlämpö, lämpötila, lämpökapasiteetit, ideaalikaasuprosessit, kvasistaattinen ja reversiibeli muutos, entropia.

Opiskelija ymmärtää termodynamiikan neljän pääsäännön sisällön ja osaa soveltaa niitä yksinkertaisiin käytännön ongelmiin. Opiskelija ymmärtää lämpövoimakoneen perusperiaatteen ja osaa määrittää koneiden tekemää työn ja hyötysuhteen erilaisissa kiertoprosesseissa. Opiskelija osaa laskea entropian muutoksen yksinkertaisissa prosesseissa ja johtaa entropian muutoksen avulla relaatiota mitattavien termodynaamisten muuttujien välille.

Matemaattisesti opiskelija osaa määrittää onko differentiaali eksakti vai epäeksakti, ymmärtää kokonaisdifferentiaalin ja integroiva tekijän käsitteet sekä pystyy ratkaisemaan yksinkertaisia termodynaamisia ongelmia osittaisderivaattojen avulla.

  • Termofysiikan matemaattiset apuneuvot
  • Johdanto termofysiikkaan (ideaalikaasun tilanyhtälö, termodynaaminen tasapainotila ja muita peruskäsitteitä, Van der Waalsin tilanyhtälö)
  • Termodynamiikan nollas pääsääntö
  • Termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö (työ, reversiibelit prosessit, lämpö ja energian säilyminen, lämpökapasiteetit, ideaalikaasuprosesseja)
  • Lämpövoimakone ja termodynaamiikan toinen pääsääntö (Carnot’n kone, jääkaappi ja lämpöpumppu, kiertoprosessit, Clausiuksen epäyhtälö)
  • Entropia (entropia ja termodynamiikan toinen pääsääntö, entropian tilastollinen tulkinta, esimerkkejä entropian muutoksen laskemisesta, Maxwellin relaatiot, fundamentaalinen yhtälö, kemiallinen potentiaali sekä Gibbsin ja Duhemin yhtälö, entropian differentiaali ja eräitä sovelluksia, termodynamiikan kolmas pääsääntö)

Pääasiallisena kurssimateriaalina käytetään luentomonistetta Termofysiikan perusteet, Hanna Vehkamäki ja Ismo Napari, 2015 (päivitetty 4.7.2016; luvut 1-7)

Lisälukemistona voi käyttää kirjaa 'Thermodynamics, Statistical Thermodynamics, and Kinetics' (third edition), kirjoittajat Thomas Engel ja Philip Reid, kustantaja Pearson.

Kurssin tukena voi hyödyntää myös muuta termofysiikan kirjallisuutta. Alla on lueteltu muutamia kirjavaihtoehtoja:

  • Classical nucleation theory, H. Vehkamäki, Springer Verlag Berlin Heidelberg, 2006.
  • Methods of Thermodynamics, H. Reiss, Dover Publications, Inc, 1996
  • Thermophysics, A.L. King, Freeman, 1962
  • Statistical physics, L.D. Landau ja E.M. Lifshitz, Elsevier, Butterworth-Heinemann 3. painos, osa 1, 1980
  • An introduction to thermal Physics, D.V. Schroeder, Addison-Wesley-Longman, 2000
  • Basic Thermodynamics, G. Carrington, Oxford University Press, 1995
  • Modern thermodynamics: From heat engines to dissipative structures, D. Kondepudi, I. Prigogine, Wiley, 1998

Viikottaiset luennot, opiskelijan itsenäinen työskentely, viikoittain palautettavat laskuharjoitukset, joita lasketaan osittain laskupajoissa assistenttien tuella pienryhmissä ja osittain itsenäisesti. Laskuharjoitukset palautetaan assistenteille jotka pisteyttävät ne.

Kurssin arvostellaan asteikolla 0 – 5. Arvosanaa määritettäessä 2/3 pisteistä tulee kurssikokeen ja 1/3 pisteistä laskuharjoitusten perusteella.

Kurssi toteutetaan lähiopetuksena, eikä luennoilla ole läsnäolopakkoa. Kurssi suoritetaan joko arvosteltavaksi palautettavilla laskuharjoituksilla ja kurssikokeella tai vaihtoehtoisesti tentillä.