Ley de enfriamiamiento

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Enfriamiento newtoniano
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Se denomina enfriamiento newtoniano a aquel proceso de enfriamiento que sigue una ley determinada experimentalmente por Isaac Newton, según la cual la velocidad de enfriamiento de un cuerpo cálido en un ambiente más frío cuya temperatura es Tm, es proporcional a la diferencia entre la temperaturainstantánea del cuerpo y del ambiente.

donde r es una constante de proporcionalidad.
Esta expresión no es muy precisa y se considera tan sólo una aproximación válida para pequeñas diferencias entre T y Tm. En todo caso la expresión superior es útil para mostrar como el enfriamiento de un cuerpo sigue aproximadamente una ley de decaimiento exponencial:

Una formulación más precisa del enfriamiento deun cuerpo en un medio necesitaría un análisis del flujo de calor del cuerpo cálido en un medio inhomogéneo de temperatura. La aplicabilidad de esta ley simplificada viene determinada por el valor del número de Biot.
En la actualidad el enfriamiento newtoniano es utilizado especialmente en modelos climáticos como una forma rápida y menos cara computacionalmente de calcular la evolución detemperatura de la atmósfera. Estos cálculos son muy útiles para determinar las temperaturas así como para predecir los acontecimientos de los fenómenos naturales.
Ley del enfriamiento de Newton
| Cuando la diferencia de temperaturas entre un cuerpo y su medio ambiente no es demasiado grande, el calor transferido en la unidad de tiempo hacia el cuerpo o desde el cuerpo por conducción, convección yradiación es aproximadamente proporcional a la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el medio externo. |

Donde  es el coeficiente de intercambio de calor y S es el área del cuerpo.
Si la temperatura T del cuerpo es mayor que la temperatura del medio ambiente Ta, el cuerpo pierde una cantidad de calor dQ en el intervalo de tiempo comprendido entre t y t+dt, disminuyendo su temperatura T endT.
dQ=-m·c·dT
donde m= V es la masa del cuerpo ( es la densidad y V es el volumen), y c el calor específico.
La ecuación que nos da la variación de la temperatura T del cuerpo en función del tiempo es

o bien,

Integrando esta ecuación con la condición inicial de que en el instante t=0, la temperatura del cuerpo es T0.

Obtenemos la relación lineal siguiente.
ln(T-Ta)=-k·t+ln(T0-Ta) |
Despejamos T

La Ley cero
La Ley cero de la termodinámica nos dice que si tenemos dos cuerpos llamados A y B, con diferente temperatura uno de otro, y los ponemos en contacto, en un tiempo determinado t, estos alcanzarán la misma temperatura, es decir, tendrán ambos la misma temperatura. Si luego un tercer cuerpo, que llamaremos C se pone en contacto con A y B, también alcanzará la mismatemperatura y, por lo tanto, A, B y C tendrán la misma temperatura mientras estén en contacto.
De este principio podemos inducir el de temperatura, la cual es una condición que cada cuerpo tiene y que el hombre ha aprendido a medir mediante sistemas arbitrarios y escalas de referencia (escalas termométricas).
Otra interpretación de la ley cero de la termodinámica que establece:
Si un cuerpoA está en equilibrio térmico con un cuerpo C y un cuerpo B también está en equilibrio térmico con el cuerpo C, entonces los cuerpos A y B están en equilibrio térmico. Esta curiosa nomenclatura se debe a que los científicos se dieron cuenta tardíamente de la necesidad de postular lo que hoy se conoce como la ley cero: si un sistema está en equilibrio con otros dos, estos últimos, a su vez, tambiénestán en equilibrio. Cuando los sistemas pueden intercambiar calor, la ley cero postula que la temperatura es una variable de estado, y que la condición para que dos sistemas estén en equilibrio térmico es que se hallen a igual temperatura.
LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA. (Explicación)
Cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero se encuentran en equilibrio térmico entre sí....
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