Aplicaciones a la química:

Aplicaciones a la Química:
Hay muchas aplicaciones de ecuaciones diferenciales a los procesos químicos. Algunas de estas serán indicadas en los siguientes ejemplos.
Ejemplo:
Un tanque esta llenocon 10 galones (abreviación gal) de agua salada en la cual están disueltos 5lb de sal. Si el agua salada esta conteniendo 3lb de sal por gal que entra al tanque a 2 gal por minuto y la mezcla bienagitada sale a la misma tasa.
• Encontrar la cantidad de sal en el tanque en cualquier tiempo.
• ¿Cuanta sal está presente después de 10min?
• ¿Cuanta sal está presente después de un tiempo largo?Formulación Matemática:
Sea A el numero de libras de sal en el tanque después de t minutos. Luego dA / dt es la tasa de cambio de esta cantidad de sal en el tiempo y esta dada por:
dA / dt = tasade cantidad ganada - tasa de cantidad perdida
Puesto que entran 2gal/min. conteniendo 3lb/gal de sal tenemos que la cantidad de sal que entra por minuto es:
2gal / min. x 3 lb./gal = 6 lb./min. Locual es la tasa a la cual se gana sal. Puesto que siempre hay 10 gal en el tanque y debido a que hay A libras de sal en cualquier tiempo t, la concentración de sal al tiempo t es A libras por 10gal. Lacantidad de sal que sale por minuto es, por tanto,
Alb / 10gal x 2gal / min. = 2A lb. / 10min. = A lb./ 5min.
de: (dA / dt),(6 lb./min.) y (A lb./5min) tenemos que: dA / dt = 6 - A/5.
Puesto queinicialmente hay 5lb. de sal, tenemos que A = 5 en t = 0. Así, la formulación matemática completa es:
dA / dt =6 - A/5 A = 5 en t = 0
solución:
Usando el método de separación de variables, tenemos:" (dA / 30 - A) = " (dt / 5) ó - ln (30 - A) = t / 5 + c
Puesto que A = 5 en t = 0, c = - ln 25. Así,
- ln (30 - A) = t/5 - ln 25 = ln[(30 - A)/25] = A = 30 - 25 e
La cual es la cantidad de salen el tanque en cualquier tiempo t.
Al final de los 10min. la cantidad de sal es A = 30 - 25 e ² = 26.6 lb.
Después de un tiempo largo, esto es, cuando t!", vemos que A!30 lb., Esto también podría...