estudiante

ENFRIAMIETO DE NEWTON




INTRODUCCIÓN



La transferencia de calor está relacionada con los cuerpos calientes y fríos llamados; fuente y receptor, llevándose a cabo en procesos como condensación, vaporización, cristalización, reacciones químicas, etc. en donde la transferencia de calor, tiene sus propios mecanismos  y cada uno de ellos cuenta con sus  peculiaridades. La transferenciade calor es importante en los procesos, porque es un tipo de energía que se encuentra en tránsito, debido a una diferencia de temperaturas (gradiente), y por tanto existe la posibilidad de presentarse el enfriamiento, sin embargo esta energía en lugar de perderse sin ningún uso es susceptible de transformarse en energía mecánica por ejemplo; para producir trabajo, generar vapor, calentar unacorriente fría, etc. En virtud de lo anterior es importante hacer una introducción al conocimiento de los procesos de transferencia de calor a través de la determinación experimental de la ecuación empírica que relaciona la temperatura de enfriamiento de una cantidad de sustancia con respecto al medio.








OBJETIVOS

Verificación experimental para la Ley de Enfriamiento de Newton.Aprender a analizar datos ordenadamente.


FUNDAMENTO TEÓRICO


El traspaso de calor es un fenómeno físico en el cual dos cuerpos se ponen en contacto térmico a diferentes temperaturas. El que tiene mayor temperatura entrega parte de esta al cuerpo que tiene una menor, hasta que alcanzan el equilibrio térmico (dos cuerpos se encuentran a la misma temperatura). En el caso de nuestro modelo, secalienta el agua a una temperatura de 55 ºC vertiendo luego el líquido a un recipiente que se encuentra a temperatura ambiente para llegar a una temperatura de equilibrio. Dado el problema, es de utilidad encontrar la temperatura del cuerpo en cualquier instante t, por lo que planteamos un modelo matemático para este fenómeno.

Experimentalmente se puede demostrar y bajo ciertas condiciones obteneruna buena aproximación a la temperatura de una sustancia usando la Ley de Enfriamiento de Newton. Esta  puede enunciarse de la siguiente manera: La temperatura de un cuerpo cambia a una velocidad que es proporcional a la diferencia de las temperaturas entre el medio externo y el cuerpo. Suponiendo que la constante de proporcionalidad es la misma ya sea que la temperatura aumente o disminuya,entonces la ecuación diferencial de la ley de enfriamiento es:

Dónde:
a: es el coeficiente de intercambio de calor
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

Dónde:
m=r V: siendo m la masa del cuerpo (r es la densidad y V es el volumen)
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 y obtenemos:







DISEÑO:


MATERIALES:

IMAGEN 1:


IMAGEN 2.



IMAGEN 3:



IMAGEN 4:




IMAGEN 5:



IMAGEN 6:


IMAGEN 7:
LEYENDA:
1: Calorímetro de mezclas (un termo).
2 Un termómetro digital.3: Una cocina eléctrica.
4: Una olla o vaso pírex para calentar agua.
5: Tubo delgado.
6: Un cronometro
7: Agua (250 ml)





VARIABLES INDEPENDIENTES
Los instrumentos que nos dan variables independientes en nuestro experimento son:
La temperatura, se determina por medio del termómetro.
El tiempo, se determina por medio del cronómetro



VARIABLES DEPENDIENTES.
¿Qué...