Course syllabus

Kurs-PM

KVM091 Termodynamik LP1 HT21 (7,5 hp)

Uppdaterad 21-08-24

Kursen ges av: Institutionen för Kemi och Kemiteknik samt Institutionen för Rymd-, Geo-, och Miljövetenskap

COVID-19

På grund av COVID-19 kommer årets kurs i Termodynamik för K och Kf att ges i hybridformat. Detta innebär att vissa undervisningsmomentet ersätts med inspelat material samt streamad (via Zoom) undervisning med hälften av studenterna i föreläsningssalen. Nedan ges information om hur vi tänker oss kursupplägget men vi kommer att arbeta för att vara flexibla och lösa eventuella problem under vägen. Vi tror att precis som vid vanlig undervisning är det viktigaste för ert lärande att ni lägger tid på att förstå de olika koncept som presenteras och att vi får till en bra interaktion mellan lärare och studenter. Båda dessa saker är mer utmanande vid hybridundervisning och kommer att kräva mer egenansvar av er. Vi förstår att det är svårare och kommer att hjälpa till så mycket vi kan.

Se under Kursmoment nedan för hur de olika kursmomenten är tänkta att ges. OBS! För allt arbete på campus gäller:

• Kom aldrig till campus om du känner dig det minsta förkyld eller har andra symtom
• Vi kommer att lösa problem med sjukfrånvaro på de obligatoriska labmomenten med extratillfällen och distansuppgifter.
• Du måste ha med din egen labrock för att få laborera – av smittskyddsskäl finns det inga att rockar låna.

För allmän information om förhållningssätt på Chalmers pga. situationen med COVID-19 se här:
Chalmers planering med anledning av covid-19 | Chalmers

Kontaktuppgifter

Joakim Andréasson (Kursansvarig, Examinator) – a-son@chalmers.se

Fredrik Normann (Föreläsare) - normann@chalmers.se

Rasmus Ringström (Lärare) - rasmusr@chalmers.se

Ivana Stanicic (Lärare) - stanicic@chalmers.se

Max Biermann (Lärare) – max.biermann@chalmers.se

Ruslan Ryskulov (Lärare) - ryskulov@chalmers.se

Pauline Pfeiffer (Lärare) - paupfe@chalmers.se

Henrik Skoglund (Lärare) - hensko@chalmers.se

Eduardo Maurina Morais (Lärare) - maurina@chalmers.se

 

Kursens syfte

Kursens syfte är att

• utgående från första årets kemikurs ge en teoretisk grund för och övning i användning av termodynamiska verktyg och modeller.
• ge den termodynamiska grunden för analys och beskrivning av kemi- och energitekniska processer.

Schema

TimeEdit Chalmers - KVM091, Termodynamik

 

Kurslitteratur

Kursbok:
EL: Elliott-Lira: Introductory Chemical Engineering Thermodynamics, 2^nded. (Finns på Cremona)

Referensmaterial:
AJ: Atkins, L. Jones, Chemical Principles, Freeman&Co (Kursbok första årets kemikurs. Finns på Cremona)

Tabellsamling:
Kursen använder Elliott-Lira som tabellsamling. 

Övrigt material (tillgängligt på kurssidan):
Laborationshandledningar
Häfte med övningsuppgifter.
Kompletterande föreläsningsmaterial
Projektuppgifter
Lösningsförslag till utvalda uppgifter
Video på föreläsningar och demoövningar.

Kursens upplägg

Kursen Termodynamik tar upp och bygger vidare på den termodynamik som introducerades i första årets stora kemikurs, och vill visa på hur användbar en termodynamisk utgångspunkt är för ingenjören och kemisten. Termodynamiken sätter upp lagar för energiomvandlingar, och är därmed grundläggande för det mesta som händer på vårt jordklot. Under denna kurs kommer du att erövra ett antal begrepp och beräkningsmässiga verktyg som gör dig redo att förstå och ta dig an samtidens och framtidens stora utmaningar.

Som en röd tråd i kursen ligger system där vätskors och gasers (det vill säga fluiders) termodynamik är viktig. Vi går igenom grunderna för energi, entropi och materialbalansering i olika typer av system, och visar hur sammansatta processer och system (t.ex. motorer eller kylskåp) byggs upp av enklare. En rad metoder kommer att användas för att approximera och beräkna fluidernas termodynamiska egenskaper, från interpolering av experimentella data till idealgaslagen, och inte minst utvecklingar av van der Waals geniala kubiska tillståndsekvation, liksom grunderna för hur blandningars termodynamiska egenskaper kan beräknas.

Kursen är i hög grad uppbyggd kring boken "Elliott-Lira: Introductory Chemical Engineering Thermodynamics". 

Kursmoment

Kursen består av:

• Föreläsningar. Förtydligar, kompletterar och belyser innehållet i kurslitteraturen samt ger stöd för problemlösningen. Notera att vissa föreläsningar kommer att vara förinspelade (F1-F4, F6, F8) och vissa kommer att ges i hybridformat (F5, F7, F9-F15). Den första föreläsningen F0 sker enbart via Zoom. Hybridföreläsningarna kommer att spelas in och delas i Canvas. Förinspelat material ligger på Canvas.
• Demoövningar. Förinspelat material där demo-uppgifterna gås igenom. Ligger på Canvas.
• Uppföljningar. Diskussioner om veckans material. Drivs helt av frågor och ämnen som tas upp av studenterna. All uppföljning är helt campusbaserad.
• Räknestugor. Campusbaserat (zoom finns för de som inte kan komma till campus).
• Projektuppgift där termodynamiken tillämpas på en större och mer komplex uppgift. Helt campusbaserad. Löses i grupper om fyra (samma grupp som för labbarna). Det är alla i gruppens ansvar att hela gruppen är insatt i uppgiften. Tanken är att projektet i huvudsak skall genomföras under schemalagd tid i datorstudio (4 st. torsdagar kl. 8-10).  Rapporten skall lämnas in senast den 5 oktober genom Canvas. Två extra projektkonsultationer är schemalagda (28 och 29 september). Ytterligare anvisningar finns i ProjektPM 2021 och ges vid första projekttillfället.
• Laborationer där termodynamiken praktiseras. Helt campusbaserat. Laborationskursen omfattar fyra laborationstillfällen per teknolog. Laborationen utförs av åtta personer åt gången. Observera att laborationerna kräver att du svarat skriftligt på en förberedande uppgift. I hanteringen av godkännande på förberedande uppgift tas hänsyn till om motsvarande teori vid labtillfället ännu inte gåtts igenom på föreläsning.

Förändringar sedan förra kurstillfället

Förutom nya anpassningar till Covid-19 finns endast mindre förändringar från förra årets kurs för att anpassa nivån på visa kursmoment. 

Lärandemål

Efter fullgjord kurs ska studenten kunna:

• redogöra för och tillämpa modellen ideal gas.
• utgående från en molekylär (mikroskopisk) förståelse av entropibegreppet, kunna redogöra för varför termodynamiska processer är spontana.
• utgående från termodynamikens huvudsatser härleda samband för slutna system och använda dessa för att beräkna tillståndsändringar för fast och flytande fas, ideala och icke-ideala gaser samt för enkla fasomvandlingar.
• använda termodynamiska samband, tabeller och diagram samt termodynamikens huvudsatser för analys av och beräkning för både öppna och slutna system.
• beskriva och göra beräkningar för de enklaste varianterna av cykelprocesser för omvandling mellan arbete och värme.
• använda begreppet verkningsgrad för både cykelprocesser och enskilda komponenter.
• redogöra för begreppet tillståndsekvation och tillämpa tillståndsekvationer för beräkning av samband mellan tryck, volymitet och temperatur.
• redogöra för begreppet fasjämvikt för både rena ämnen och blandningar och kunna utföra beräkningar för enklare fasjämvikter.
• beräkna aktivitetsfaktorer för ämnen i binära blandningar utgående från experimentella data och ändringen av termodynamiska storheter vid blandning, samt kunna använda enkla aktivitetsfaktormodeller.
• beräkna jämviktskonstanten för en kemisk reaktion utgående från termodynamiska tabelldata och utnyttja informationen för att dra slutsatser om reaktionsomsättning och sammansättning vid jämvikt.

Examination

För kursmoment tentamen: Skriftlig tentamen. För kursmoment laboration: godkänd projektuppgift och godkända laborationer.

Kursen innehåller två kursmoment: godkänd skriftlig tentamen (5,5 hp) och godkända laborationer (2 hp). På godkänd tentamen ges betyg 3, 4 eller 5 (50% av tentans innehåll krävs för godkänt, betyg 3). På inlämningsuppgifterna ges enbart betyg godkänt eller underkänt. Om kursdeltagaren efter avslutad kurs har fått underkänt på projektuppgift eller en av de fyra laborationerna, behövs endast det underkända momentet göras om för att få godkänt på kursmomentet. Deadline för alla inlämningar och returer är fredag LV9.

Tentamen planeras till måndag 25/10 kl 14:00 och tisdag 4/1 kl 08:30 (4h tenta). Tentan består huvudsakligen av räkneuppgifter men även teorifrågor. Tentamen kommer troligtvis ges som salstenta, mer information kommer närmare.

Delmomentet laboration+projekt (2,0 hp) examineras via 1) Aktivt deltagande vid laborationstillfällena och godkända laborationsredovisningar (inkluderar förberedande uppgift) och 2) Godkänd rapport från projektuppgiften. Inlämningarna sker skriftligen via Canvas. Se schema för deadlines för de obligatoriska momenten. Max två returer lämnas på de skriftliga inlämningarna. Efter LV 9 lämnas inga returer.

Länk till kursplanen i Studieportalen Sök i programutbudet | Chalmers studentportal