SI1120 TERMODYNAMIK, 6 hp, för CMEDT1, HT 2014


KURSBESKRIVNING

Kursen, som skulle kunna benämnas energilära, ger grundläggande kunskaper om olika former av energi och omvandlingar mellan olika energiformer. Energiomvandlingar är förknippade med alla processer i naturen och tekniken, och det inkluderar förstås sådana som utnyttjas för mänsklighetens energiförsörjning. P.g.a. dess speciella egenskaper ägnas ett särskilt intresse åt energiformen värme. I termodynamiken uttrycks villkoren för olika processer med de s.k. huvudsatserna, av vilka den första om energins bevarande och den andra om entropins förändring är de mest kända. Termodynamiken formulerades empiriskt från makroskopiska observationer och kan idag också förstås från en mikroskopisk utgångspunkt, dvs. utifrån materiens molekylära egenskaper. Termodynamikens användbarhet grundar sig på att dess begrepp och utsagor är mycket generella, dvs. oberoende av speciella apparatkonstruktioner. Ämnet är grundläggande för fysik, kemi, biologi, medicin och teknik. Tillämpningar inkluderar bilmotorer, kylskåp, biokemiska processer och stjärnors utveckling. Det blir också många exempel i kursen på hur vardagliga företeelser kan förstås med hjälp av termodynamik. Ett exempel är varför det känns kallare att gå barfota på ett stengolv än på ett trägolv även om båda golven har samma temperatur. Ett annat exempel är hur is fryser till på en sjö.

Kursen utgör en inledning till studierna i fysik och tar också upp allmänna grunder för fysikämnet. Dit hör frågor om enhetssystem, dimensionsanalys, felanalys och uppskattningar, samt om modellering och problemlösning.

"A theory is the more impressive the greater the simplicity of its premises, the more different kinds of things it relates, and the more extended its area of applicability. Therefore the deep impression that classical thermodynamics made upon me. It is the only physical theory of universal content which I am convinced will never be overthrown, within the framework of applicability of its basic concepts." (Albert Einstein)

 

KURSHEMSIDA

courses.theophys.kth.se/SI1120

 

KURSANSVARIG

Bo Cartling, rum A4:1073, AlbaNova, Roslagstullsbacken 21, tele: 5537 8167, e-post: boc(at)kth.se, hemsida: theophys.kth.se/~boc

 

KURSLITTERATUR

H.D. Young and R.A. Freedman: University Physics with Modern Physics Technology Update, Pearson New International Edition, plus Mastering Physics (13th Edition, Pearson, 2014, ISBN-13: 9781447963653). Kursen omfattar kapitel 17-20 samt del av kapitel 1. Finns att köpa på nätet och även på kårbokhandeln .

G. Grimvall: Basic Skills in Physics and Engineering (KTH, 2011). Finns att köpa på studentexpeditionen, AlbaNova, plan 5.

 

EXTENTOR OCH EXKONTROLLSKRIVNINGAR MED LÖSNINGAR

finns här.

 

PRELIMINÄR KURSPLAN

Angivna avsnitt refererar till kursboken "University Physics", BS står för boken "Basic Skills". Sal FB53 ligger på plan 5 i AlbaNova-byggnaden, KTH-campus.
         

Datum

Tid

Sal

Avsnitt

Ämne

         

Tisdag 2 september

10-12

FB53

1.1
1.2
1.3
BS 1
BS 2
1.4
1.5
1.6

The Nature of Physics
Solving Physics Problems
Standards and Units
Units
Powers of ten
Unit Consistency and Conversions
Uncertainty and Significant Figures
Estimates and Orders of Magnitude

         

Tisdag 2 september

13-15

FB53

17.1
17.2
17.3
17.4

Temperature and Thermal Equilibrium
Thermometers and Temperature Scales
Gas Thermometers and the Kelvin Scale
Thermal Expansion

         

Torsdag 4 september

10-12

FB53

17.5
17.6

Quantity of Heat
Calorimetry and Phase Changes

         

Torsdag 4 septembet

13-15

FB53

17.7

Mechanisms of Heat Transfer

         

Tisdag 9 september

10-12

FB53

17

Problems

         

Tisdag 9 september

13-15

FB52

BS 3

Estimations

         

Torsdag 11 september

10-12

FB53

18.1
18.2

Equations of State
Molecular Properties of Matter

         

Torsdag 11 september

13-15

FB53

18.3
18.5

Kinetic-Molecular Model of an Ideal
Gas, Molecular Speeds

         

Tisdag 16 september

10-12

FB53

18.4
18.6

Heat Capacities
Phases of Matter

         

Tisdag 16 september

13-15

FB53

18, BS 3

Problems

         

Torsdag 18 september

10-12

FB53

19.1
19.2
19.3

Thermodynamic Systems
Work done during Volume Changes
Paths between Thermodynamic States

         

Torsdag 18 september

13-15

FB53

 

Repetition och problemlösning
inför kontrollskrivning

         

Tisdag 23 september

10:00-11:00

5-Y

17, 18, BS 3

Kontrollskrivning, se nedan

         

Tisdag 23 september

13-15

3-221

19.4
19.5

Internal Energy and the First Law of Thermodynamics
Kinds of Thermodynamic Processes

         

Torsdag 25 september

10-12

3-221

19.6
19.7
19.8

Internal Energy of an Ideal Gas
Heat Capacities of an Ideal Gas
Adiabatic Processes for an Ideal Gas

         

Torsdag 25 september

13-15

3-221

19

Problems

         

Tisdag 30 september

10-12

4-115

BS 4
BS 5
BS 6

Dimensional Analysis
Laws, Rules and Principles
Modelling in Practice

         

Tisdag 30 september

13-15

4-115

20.1
20.2
20.3
20.4

Directions of Thermodynamic Processes
Heat Engines
Internal-Combustion Engines
Refrigerators

         
Torsdag 2 oktober 10-12 3-221 20.5
20.6

The Second Law of Thermodynamics
The Carnot Cycle

         
Torsdag 2 oktober 13-15 4-115 20.1-6

Problems

         
Tisdag 7 oktober 10-12 3-221 20.7
20.8

Entropy
Microscopic Interpretation of Entropy

         
Tisdag 7 oktober 13-15 3-221 20.7-8 Problems
         
         
Torsdag 9 oktober 10-12 3-221  

Repetition av hela kursen med
problemlösning

         
Torsdag 9 oktober 13-15 3-221   Räknestuga
         
Torsdag 30 oktober 14-19     Tentamen, se nedan
         

LABORATIONER

I kursen ingår två laborationer i termodynamik som utförs vid kurslaboratoriet på KTH, AlbaNova, Roslagstullsbacken 33 (karta finns här). De schemalagda dagarna för laborationer är tisdag 14 oktober och torsdag 16 oktober. Laborationerna utförs i grupper om tre personer. En grupp kan göra bägge laborationerna på en dag, kl. 8:00 (obs 00)-12 och 13:00 (obs 00)-17. Anmälningslistor för lab-tillfällena kommer att sättas upp senare.

Den ena laborationen handlar om värmepumpen (lab-PM finns här).

Den andra laborationen avser dels ångbildningsvärme hos kväve (lab-PM finns här), dels kalorimetrisk mätning av en människas utstrålade effekt.

 

KONTROLLSKRIVNING

En kontrollskrivning som omfattar kapitlen 17 och 18 i "University Physics" samt kapitel 3 i "Basic Skills" ges tisdagen den 23 september, kl. 10:00-11:00. Kontrollskrivningen är frivillig och ger maximalt 3 bonuspoäng på tentamen. Tillgodoräkning av bonuspoäng gäller vid ordinarie tentamen och den närmast följande omtentan. Hjälpmedel vid kontrollskrivningen är desamma som vid tentamen, se nedan.

 

TENTAMEN

Ordinarie tentamen äger rum torsdagen den 30 oktober, kl. 14:00-19:00, i salarna FB52, FB53 i AlbaNova (huvudbyggnaden), Roslagstullsbacken 21 (karta finns här). Förhandsanmälan till tentamen är obligatorisk och kan göras på "Mina Sidor" på KTH:s studentwebb. Hjälpmedel vid tentamen är dels miniräknare utan inprogrammerade formler eller annan kursinformation, dels ett A4-blad på vars ena sida får finnas valfri information. Tentamen omfattar 6 uppgifter som vardera kan ge 4 poäng. Gränsen för godkänt ligger vid högst 10 poäng. För dem som uppnått 0,5 eller 1 poäng under gränsen för godkänt finns möjlighet till komplettering för godkänt. En sådan komplettering är skriftlig och avser hela kursen.