Enfriamiento de Newton

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÈXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES

ZARAGOZA CAMPUS II

CARRERA QUÌMICO FÀRMACO BIOLOGO

LABORATORIO DE CIENCIA BÀSICA I

PRÀCTICA III:
DEMOSTRACIÓN DE LA LEY DE ENFRIAMIENTO DE NEWTON






Marco teórico
Sir Isaac Newton (Woolsthorpe, 1642- Londres, 1727), tal vez el científico más importante de la historia, el primero del que tenemosconstancia de que se ocupara de estos problemas sobre el enfriamiento y calentamiento de los cuerpos.
En la Inglaterra de la época de Newton existía un gran problema de falsificación de moneda. Se acuñaban monedas supuestamente de oro con importantes contenidos de plata. Para evitar el colapso económico por falta de moneda fiable, el rey de Inglaterra nombró en 1696 a Newton, por aquelentonces el científico más importante de Europa, Warden of the Royal Mint, es decir Guardián de la Moneda.
Newton abordó el problema de acabar con la falsificación de moneda, con lo que primero se construyó un termómetro. Su termómetro funcionaba como el bien conocido termómetro de mercurio, un depósito con un líquido que asciende por un tubo capilar calibrado cuando se calienta. Newton no utilizómercurio sino aceite de semillas de lino, que hierve a una temperatura de 240 grados Celsius, como líquido para su termómetro. Una vez construido el termómetro, Newton tuvo que elegir su propia escala de temperaturas (entonces la escala Celsius no había sido todavía inventada). Para ello eligió como cero de su termómetro la temperatura de fusión del hielo, y como 12 grados N (Newton) eligió latemperatura del cuerpo humano, que es de 37 grados Celsius.
Con este termómetro y esta escala, Newton fue capaz de determinar que la temperatura a la que hierve el agua era de 34 grados N y de 71 grados N para la temperatura a la que funde el estaño. Como cada grado Newton corresponde a unos 37/12 aproximadamente, 3 grados Celsius, es fácil comprobar que las medidas de Newton son muy próximasa los 100 grados Celsius a que hierve el agua y los 232 grados Celsius a que funde el estaño. Pero Newton estaba particularmente interesado en las propiedades térmicas de los metales y sus aleaciones. Así, Newton se dedicó a obtener las temperaturas a las que fundían diferentes metales puros, estaño, bismuto, plomo, etc., y sus diferentes aleaciones, por ejemplo, una mezcla de 2 partes deantimonio y 1 de bismuto funde a 136 grados N (que se desvía bastante de los 570 grados Celsius a los que funde realmente).
Lo que hizo Newton a continuación fue estudiar cómo se enfriaban los cuerpos, especialmente los metales, que se encontraban a altas temperaturas. Para ello hizo lo siguiente. En un bloque de hierro colado en el que había hecho un hueco, colocaba la pieza de metal sólido quequería estudiar. El bloque y la pieza las introducía en un horno cuya temperatura controlaba bien, pues era la del hierro ligeramente rojo (unos 730 grados Celsius). En cuanto el bloque de hierro ya había alcanzado esa temperatura, lo sacaba del horno y lo dejaba enfriar en una corriente de aire frío, siempre a la misma temperatura. A continuación medía el tiempo que tardaba el bloque de hierro enalcanzar la temperatura de solidificación del metal que había puesto en el hueco y a continuación medía el tiempo que el bloque tardaba en alcanzar la temperatura del cuerpo humano, los 34 grados N.
¿Para qué medía Newton los tiempos que transcurrían entre que el bloque de hierro alcanzaba las diferentes temperaturas? La razón es que Newton había descubierto la que se conoce como Ley de Newtondel Enfriamiento que se enuncia diciendo:

La variación de temperatura de un cuerpo respecto de la temperatura de la habitación en la que se encuentra, es proporcional –precisamente– a la diferencia de temperaturas entre el cuerpo y la habitación.1

Se sabe, esta proporcionalidad en la variación implica un enfriamiento exponencial con el tiempo de un cuerpo muy caliente colocado en una...