Course syllabus

Kurs-PM

KVM091 Termodynamik LP1 HT19 (7,5 hp)

Uppdaterad 19-08-20

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

 

Kontaktuppgifter

Per Lincoln (Kursansvarig, Examinator) - lincoln@chalmers.se

Fredrik Normann (Föreläsare) - normann@chalmers.se

Jakob Johansson (Lärare) - jakobjo@chalmers.se

Ivana Stanicic (Lärare) - stanicic@chalmers.se

Elin Sundin (Lärare) - elin.sundin@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

 

 

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:
I första hand kommer Elliott-Lira att användas som tabellsamling. 
Viss nytta kan finnas i tabellsamlingarna
”Mörtstedt: Data och Diagram” (Finns på Cremona) eller
" Schmitz m.fl.: Formel- och Tabellsamling Termodynamik med Energiteknik".  Rekommenderas även i kursen Energiteknik för K3/Kf3. (Finns på Cremona)

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

 

Kursens upplägg

Kursen Termodynamik tar upp och bygger vidare på den termodynamik som introducerades i första årets stora kemikurs, och vill visa på hur otroligt användbar en termodynamisk utgångspunkt är för ingenjören och kemisten. Termodynamiken sätter upp lagarna 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 verkligen 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".  

Föreläsningarna (16st) har till uppgift att förtydliga, komplettera och belysa innehållet i kurslitteraturen samt att ge stöd för problemlösningen.  

Räkneövningarna är uppdelade i två typer: Demoövningar (7st fredagar kl 10-12) med demonstrationer av lösningsgång och räknestugor (7st måndagar kl 10-12) med handledd självverksamhet. 

Projektuppgiften (4st torsdagar kl 8-10) handlar om analys av ett ämnes termodynamiska egenskaper, framförallt hur tryck, temperatur och densitet hänger ihop. Genom olika typer av jämförelser gäller det att undersöka när (vilka tryck/temperaturer) olika termodynamiska modeller (idealgas, virialekvation, kubisk tillståndsekvation) är användbara. Grafisk presentation av resultaten används till stor del. Tanken är att projektet i huvudsak skall genomföras under studiopassen. Rapporten skall lämnas in senast angivet datum genom Canvas. Ytterligare anvisningar lämnas i projektbeskrivningen som delas ut vid första projekttillfället.

Laborationskursen ( omfattar fyra laborationstillfällen per teknolog.  Du skall före varje laborationstillfälle ha läst igenom handledningen, för din och dina medlaboranters skull. Observera att laborationerna kräver att du svarat skriftligt på en förberedande uppgift. Svaren skall registreras och godkännas i Canvas innan ditt laborationstillfället. Laborationen inleds med en diskussion kring dessa frågor. Godkända förberedelser är en förutsättning för att få laborera. 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

Kursen har ny examinator och nya föreläsare sedan förra kursstillfällnt och förändringar i innehållet och fokus för kursen är väntade. Examinator och tillika en av föreläsarna har dock medverkat i kursen tidigare och föregående kursstruktur ha bevarats. Canvas ersätter Pingpong som lärplattform. 

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 28/10 kl 14:00 och onsdag 8/1  kl 08:30 (4h tenta) på  Johanneberg. Tentan består huvudsakligen av räkneuppgifter men även teorifrågor. Tillåtna hjälpmedel är: 1) böckerna Elliott-Lira och Atkins-Jones, 2) valfria tabellsamlingar och 3) valfri räknare med rensat minne. I böckerna får du ha föreläsningsanteckningar i form av under- och överstrykningar, översättningar, hänvisningar och kommentarer, men inte lösta exempel eller tidigare tentatal.

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 Studieplan