Course syllabus

Kurs-PM

KVM091 Termodynamik LP1 HT23 (7,5 hp)

Uppdaterad 23-08-18

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

Kontaktuppgifter

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

Adrian Gunnarsson (Föreläsare) - adriang@chalmers.se

Rasmus Ringström (Lärare) - rasmusr@chalmers.se

Jessica Johnsson (Lärare) - jesjohns@chalmers.se

Joel Bertilsson (Lärare) – joel.bertilsson@chalmers.se

Ruslan Ryskulov (Lärare) - ryskulov@chalmers.se

Pauline Pfeiffer (Lärare) - paupfe@chalmers.se

Sofia Rosén (Lärare) – sofia.rosen@chalmers.se

Guido de Reijer (Lärare) - guidod@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

Kurslitteratur

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

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

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.
• Demoövningar. Demo-uppgifterna gås igenom på tavla.
• Räknestugor. Självverksamhet och konsultation.
• Projektuppgifter där termodynamiken tillämpas på en större och mer komplex uppgift. 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 projekten i huvudsak skall genomföras under schemalagd tid i datorstudio (4 st.).  Rapporterna skall lämnas in senast den 3 oktober genom Canvas. Två extra projektkonsultationer är schemalagda. Ytterligare anvisningar lämnas i projektbeskrivningen som delas ut vid första projekttillfället.
• Laborationer där termodynamiken praktiseras. 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

• En större uppdatering av de övningsuppgifter som ges ut i kursen kopplade till den tekniska termodynamiken har genomförts.
• Projektuppgift 1 har sedan föregående år omformulerats från att enbart fokusera på energibalanser till att även inkludera en begrepplista kopplat till den tekniska termodynamiken.
• Laboration TD4 har uppdaterats och omstrukturerats.

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 23/10 kl 14:00 (4h tenta). Tentan består huvudsakligen av räkneuppgifter men även teorifrågor. 

Delmomentet laboration+projekt (2,0 hp) examineras via 1) Aktivt deltagande vid laborationstillfällena och godkända laborationsredovisningar (inkluderar förberedande uppgift) och 2) Godkända rapporter från projektuppgifterna. 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