Introduction to Physical Sciences

Instructors: Dimitrios Sidiras, Christina Siontorou
Course Code: ΤΕΦΥΣ01-2
Semester: 1st (Fall)
Requirements: –
Language of Teaching: Greek
European Credit Transfer and Accumulation System (ECTS): 5,5

Description

OBJECTIVE

The course is an introduction to physical sciences, scientific methodology and industrial production. The skills developed in the classroom are reinforced with assignments and laboratory exercises. The course consists of three (3) sections taught in parallel: the theoretical sections A ́ and B ́ and the laboratory. The theoretical sections introduce students to the basic concepts of chemical industrial production (section A ́) and vector calculus and kinematics (section Β ́). In the lab, students become familiar with the experimental and computational simulation of representative topics of the theoretical part.
The main objective of the course is to provide students with basic knowledge that will help them in the technological courses of the curriculum. In particular, the course aims to familiarize students with: (a) basic principles and calculations in chemical engineering; (b) methods for determining critical parameters of physical and chemical processes to be used in modeling; (c) applying vectorial calculus to solving kinematics problems; (d) basic knowledge in curvilinear and relative motion.

ΣΤΟΧΟΙ & ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

Κύριος στόχος του μαθήματος είναι να αποκτήσουν οι φοιτητές/τριες βασικές γνώσεις που θα τους βοηθήσουν στα τεχνολογικά μαθήματα του προγράμματος σπουδών του τμήματος. Ιδιαίτερα, το μάθημα επιδιώκει να εξοικειώσει τους/τις φοιτητές/τριες με: (α) βασικές αρχές και υπολογισμούς στη χημική μηχανική, (β) μεθόδους προσδιορισμού κρίσιμων παραμέτρων φυσικών και χημικών διεργασιών για τη διαμόρφωση υποδειγμάτων, (γ) εφαρμογή διανυσματικού λογισμού στην επίλυση προβλημάτων κινηματικής, (δ) βασικές γνώσεις στη καμπυλόγραμμη και την σχετική κίνηση.
Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές/τριες θα είναι σε θέση:

Να επιλύουν προβλήματα ισοζυγίων μάζας σε φυσικές και χημικές διεργασίες
Να χρησιμοποιούν τις βασικές αρχές της χημικής θερμοδυναμικής και κινητικής
Να κατανοούν την έννοια της χημικής ισορροπίας και να επιλύουν σχετικά προβλήματα
Να περιγράφουν ηλεκτροχημικά συστήματα και να χρησιμοποιούν βασικές μεθόδους (υπολογιστικής και φυσικής προσομοίωσης) για τη μελέτη αυτών
Να αναλύουν δυναμικά συστήματα με τη χρήση διανυσματικού λογισμού
Να επιλύουν προβλήματα καμπυλόγραμμης και σχετικής κίνησης με ανάλυση διανυσμάτων
Να χρησιμοποιούν υποδείγματα (μοντέλα) για βασικές διεργασίες στη βιομηχανία

Τα εργαστήρια διεξάγονται στο Εργαστήριο Προσομοίωσης Βιομηχανικών Διεργασιών, με σκοπό την εξοικείωση των φοιτητών/τριών με τη θεματολογία του μαθήματος και την πρακτική τους εξάσκηση στη μοντελοποίηση βιομηχανικών διεργασιών, στην επεξεργασία αποτελεσμάτων και στη λήψη απόφασης με τεχνο-οικονομικά κριτήρια. Το λογισμικό που χρησιμοποιείται είναι το MS EXCEL ή κάποιο ισοδύναμο (Open Office, κλπ.), καθώς και εξειδικευμένο λογισμικό που αναπτύχθηκε για τις ανάγκες του Εργαστηρίου. Οι φοιτητές/τριες εκπαιδεύονται στα εργαστήρια με σύστημα εκ περιτροπής. Το πρόγραμμα των εργαστηρίων αναρτάται στην ιστοσελίδα του μαθήματος και στο eclass στην αρχή του εξαμήνου.
Επιπλέον, στο eclass αναρτώνται σε ηλεκτρονική μορφή άρθρα, οπτικοακουστικό υλικό διαλέξεων και διαδικτυακές διευθύνσεις για χρήσιμες πληροφορίες.

ΣΥΝΙΣΤΩΜΕΝΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Βιβλίο [18549047]: Χημικές διεργασίες της χημικής τεχνολογίας, Σδούκος Α.Θ.,Πομώνης Φ. Ι.

ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ / ΒΑΘΜΟΛΟΓΗΣΗΣ

Για φοιτητές/τριες του 1ου έτους:

60% από τις γραπτές εξετάσεις (20% Ενότητα Α’ + 40% Ενότητα Β’)
40% από τον βαθμό του εργαστηρίου

Για φοιτητές/τριες παλαιοτέρων ετών:

100% από τις γραπτές εξετάσεις (60% Ενότητα Α’ + 40% Ενότητα Β’)

Η εξεταστέα ύλη του μαθήματος ανακοινώνεται στο eclass μετά το τελευταίο μάθημα του εξαμήνου. Ο τελικός βαθμός του μαθήματος διαμορφώνεται κατά 40% από τον βαθμό του εργαστηρίου και κατά 60% από τον βαθμό της γραπτής εξέτασης (20% από την Ενότητα Α΄ και 40% από την Ενότητα Β΄), δίωρης διάρκειας, στην εξεταστική περίοδο του χειμερινού εξαμήνου και, σε περίπτωση αποτυχίας, στην επαναληπτική εξεταστική περίοδο του Σεπτεμβρίου. Οι φοιτητές/τριες παλαιότερων ετών βαθμολογούνται κατά 100% από τον βαθμό της γραπτής εξέτασης (60% από την Ενότητα Α΄ και 40% από την Ενότητα Β΄).
Η γραπτή εξέταση περιλαμβάνει την επίλυση προβλημάτων/ασκήσεων και διεξάγεται με ανοικτά βιβλία.
Οι φοιτητές/τριες με ειδικές μαθησιακές δυσκολίες στην γραφή και στην ανάγνωση (όπως αυτές πιστοποιούνται και χαρακτηρίζονται από αρμόδιο φορέα) εξετάζονται βάσει της προβλεπόμενης από το Τμήμα διαδικασίας.

ΔΙΔΑΚΤΙΚΕΣ & ΜΑΘΗΣΙΑΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ

Διδασκαλία: Διαλέξεις με σύγχρονα οπτικοακουστικά μέσα, υποστήριξη μαθησιακής διαδικασίας μέσω της ηλεκτρονικής πλατφόρμας eclass
Εργαστηριακή εκπαίδευση: χρήση λογισμικού ανοικτής πρόσβασης για την επεξεργασία των αποτελεσμάτων, εξειδικευμένο λογισμικό που αναπτύχθηκε για τις ανάγκες του Εργαστηρίου
Επικοινωνία με τους φοιτητές: email, πλατφόρμα eclass

ΕΒΔΟΜΑΔΙΑΙΟ ΠΛΑΝΟ

Το μάθημα περιλαμβάνει τις Ενότητες Α΄ και Β΄ και το Εργαστήριο.

Ενότητα Α΄: Βασικές έννοιες χημικής βιομηχανικής παραγωγής.

Εβδομάδα	Περιεχόμενα Μαθήματος
1η	Εισαγωγή: φυσικές και χημικές διεργασίες, διάλυμα, εκφράσεις συγκέντρωσης και περιεκτικότητας, αραίωση-συμπύκνωση διαλυμάτων, ανάμιξη διαλυμάτων.
2η	Χημικές αντιδράσεις: ομογενή και ετερογενή συστήματα, θεωρία συγκρούσεων, στοιχειομετρικοί συντελεστές, απλές αντιδράσεις, συνολική αντίδραση, ενδόθερμες και εξώθερμες αντιδράσεις.
3η	Χημική κινητική: ρυθμός μετατροπής πρώτων υλών σε προϊόντα, αντιδράσεις 1^ης τάξης, συνάρτηση ταχύτητας, σταθερά ταχύτητας αντίδρασης.
4η	Κατάλυση και ενεργειακή βελτιστοποίηση: κινητική εξίσωση, εξίσωση Arrhenius, ενέργεια ενεργοποίησης.
5η	Δυναμικό υδρογόνου (pH) υδατικών διαλυμάτων: αυτοδιάσταση του νερού, pH και pΟΗ, κλίμακα pH.
6η	Χημική ισορροπία: μονόδρομες και αμφίδρομες αντιδράσεις, απόδοση αντίδρασης, σταθερά ισορροπίας.
7η	Χημική ισορροπία και οικονομοτεχνική βελτιστοποίηση.
8η	Ισοζύγιο μάζας: γενική μορφή ισοζυγίου, διαμόρφωση εξισώσεων, επίλυση συστημάτων.
9η	Εφαρμογές ισοζυγίων μάζας σε απλά και σύνθετα συστήματα χωρίς και με χημικές αντιδράσεις.
10η	Ηλεκτροχημεία: ηλεκτροδιαλυτική τάση μετάλλων, ηλεκτροχημικές αντιδράσεις, ηλεκτρόλυση, νόμοι Faraday.
11η	Διάβρωση: το φαινόμενο της διάβρωσης, χημικές αντιδράσεις, διαμόρφωση υποδειγμάτων, αντιδιαβρωτική προστασία μεταλλικών επιφανειών.
12η	Θερμοδυναμική μελέτη των χημικών αντιδράσεων: θερμότητα χημικής αντίδρασης, νόμος Lavoiser-Laplace, νόμος Hess, θερμότητα σχηματισμού των σωμάτων, καύση.
13η	Επαναληπτικές ασκήσεις.

Ενότητα Β΄: Διανυσματικός λογισμός, Δυναμική υλικού σημείου και Κινηματική.

Εβδομάδα	Περιεχόμενα Μαθήματος
1η	Βασικές αρχές διανυσματικού λογισμού: διάνυσμα, βαθμωτά μεγέθη, είδη διανυσμάτων.
2η	Σύνθεση (πρόσθεση) και αφαίρεση διανυσμάτων, ισότητα διανυσμάτων, παραδείγματα και ασκήσεις.
3η	Ανάλυση διανυσμάτων, παραδείγματα και ασκήσεις.
4η	Εσωτερικό, εξωτερικό και μεικτό γινόμενο διανυσμάτων, προβολή διανύσματος.
5η	Σύνθετες εφαρμογές διανυσματικού λογισμού.
6η	Δυναμική: εισαγωγικές έννοιες κινηματικής.
7η	Παραδείγματα και εφαρμογές κινηματικής.
8η	Κίνηση στερεού σώματος, εξισώσεις μεταφορικής κίνησης.
9η	Ταχύτητα και επιτάχυνση, εφαρμογές στην ευθύγραμμη και κυκλική κίνηση.
10η	Ταχύτητα και επιτάχυνση, εφαρμογές στην καμπυλόγραμμη κίνηση.
11η	Σχετική κίνηση: παραδείγματα και εφαρμογές.
12η	Σύνθετες εφαρμογές.
13η	Επαναληπτικές ασκήσεις.

Εργαστήριο: Προσομοίωση και βελτιστοποίηση διεργασιών με χρήση φυσικών προσομοιωτών στο Εργαστήριο Προσομοίωσης Βιομηχανικών Διεργασιών.

Εβδομάδα			Περιεχόμενα Εργαστηριακού Μαθήματος
1η	5η	9η	Μέτρηση θερμογόνου δύναμης προϊόντων βιομάζας.
2η	6η	10η	Βελτιστοποίηση προσρόφησης σε συνθήκες ασυνεχούς λειτουργίας.
3η	7η	11η	Ηλεκτροχημική ανάκτηση μετάλλων – Επιμετάλλωση.
4η	8η	12η	Ποιοτικός έλεγχος και εξουδετέρωση αποβλήτων.
13η			Αναπλήρωση εργαστηριακών μαθημάτων.