Ley de enfriamineto de newton

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Ley del enfriamiento de Newton
|[pic] |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 elcuerpo o desde el cuerpo por|
| |conducción, convección y radiación es aproximadamente |
| |proporcional a la diferencia de temperatura entre el cuerpo |
| |y el medio externo.|


[pic]
Donde α 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 en dT.
dQ=-m·c·dT
donde m=ρ V es la masa del cuerpo (ρ es la densidad y V es elvolumen), y c el calor específico.
La ecuación que nos da la variación de la temperatura T del cuerpo en función del tiempo es
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o bien,
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Integrando esta ecuación con la condición inicial de que en el instante t=0, la temperatura del cuerpo es T0.
[pic]
Obtenemos la relación lineal siguiente.
|ln(T-Ta)=-k·t +ln(T0-Ta) |


Despejamos T
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 Medida del calor específico de una sustancia

En la deducción anterior, hemos supuesto que el calor específico c no cambia con la temperatura, manteniéndose aproximadamente constante en el intervalo de temperaturas en la que se realiza el experimento.
Si medimos la temperatura del cuerpo durante su enfriamiento a intervalos regulares de tiempo, y realizamos una representación gráfica deln(T-Ta) en función de t, veremos que los puntos se ajustan a una línea recta, de pendiente –k.
[pic]
Podemos medir el área S de la muestra, determinar su masa m=ρ V mediante una balanza, y a partir de k calculamos el calor específico c.
Pero tenemos una cantidad desconocida, el coeficiente α , que depende de la forma y el tamaño de la muestra y el contacto entre la muestra y el medio que la rodea.Sin embargo, para varias sustancias metálicas en el aire, α tiene el mismo valor si las formas y los tamaños de todas las muestras son idénticas. Así, se puede determinar α para una sustancia metálica de calor específico conocido y luego, emplear este valor para determinar el calor específico de otra sustancia metálica de la misma forma y tamaño.
En la experiencia simulada, la forma de lasmuestras ensayadas es cúbica de lado d. El área de las caras de un cubo es S=6d2 y su volumen V=d3. La expresión de la constante k será ahora
[pic]
La muestra que nos va a servir de referencia es el Aluminio cuya densidad es ρAl=2700
kg/m3 y calor específico cAl=880 J/(K·kg).
1. Determinamos en una experiencia el valor de kAl para una muestra de Aluminio de forma cúbica de lado d.
2.Determinamos en otra experiencia la el valor de kx de una muestra de otro material, de densidad ρx conocida, de calor específico cx desconocido, que tenga la misma forma cúbica y del mismo tamaño d.
Como el valor de α es el mismo. El valor del calor específico desconocido cx lo podemos obtener a partir de la siguiente relación.
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Actividades
En primer lugar, tenemos que elegir el Aluminiocomo sustancia de referencia en el control selección titulado Material.
Introducimos los siguientes datos:
• La temperatura inicial T0 (menor de 100ºC) en el control de edición titulado Temperatura.
• El tamaño de la muestra cúbica, la longitud de su lado d en cm, en el control de edición titulado Dimensión.
Se pulsa en le botón titulado Empieza
La temperatura ambiente se ha fijado...
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