Universidad Nacional de Trujillo
Departamento académico de física
EXPERIMENTO: LEY DE ENFRIAMIENTO DE NEWTON
Dr. MARIO E. CHAVEZ BACILIO
2020
EXPERIMENTO: LEY DE ENFRIAMIENTO DE NEWTON
CONTENIDOS:
1. Objetivos
2. Ley de enfriamiento de Newton
3. Métodos y Técnicas
4. Análisis y resultados
1. OBJETIVOS
a. Estudiar el comportamiento de la temperatura de un cuerpo caliente que se
enfría hasta alcanzar la temperatura del medio ambiente.
b. Determinar la ecuación empírica de la ley de enfriamiento de Newton.
2. LEY DE ENFRIAMIENTO DE NEWTON
Cuando un cuerpo caliente se enfría en el medio ambiente que lo rodea, la
temperatura del cuerpo disminuye hasta alcanzar el equilibrio térmico con el
medio ambiente.
T0
T0 , Temperatura caliente inicial del cuerpo
Tm , Temperatura del medio ambiente
T , Temperatura instantánea del cuerpo: Tm ˂ T ˂ T0
Tm
Utilizando un horno a carbón, Newton calentó un bloque de hierro al rojo, luego retiro el bloque y
lo dejo enfriarse al medio ambiente. Sus resultados se conocen como la de ley de enfriamiento de
Newton:
𝒅𝑻
= −𝒌 𝑻 − 𝑻𝒎
𝒅𝒕
𝑻 − 𝑻𝒎 = (𝑻𝟎 − 𝑻𝒎 ) 𝒆−𝒌𝒕
𝒅𝑻
= −𝒌 𝒅𝒕
𝑻 − 𝑻𝒎
ΔT = (𝑻𝟎 − 𝑻𝒎 ) 𝒆−𝒌𝒕
𝑻
𝑻 = 𝑻𝒎 + (𝑻𝟎 − 𝑻𝒎 ) 𝒆−𝒌𝒕
𝑻𝟎
𝒅𝑻
= −𝒌
𝑻 − 𝑻𝒎
𝒕
𝒅𝒕
𝟎
𝑳𝒏 𝑻 − 𝑻𝒎 − 𝑳𝒏( 𝑻𝟎 − 𝑻𝒎 ) = −𝒌 𝒕
𝑻 −𝑻𝒎
𝑳𝒏
𝑻𝟎 − 𝑻𝒎
=-kt
𝑻 = 𝑻𝒎 + (𝑻𝟎 − 𝑻𝒎 ) 𝒆−𝒕/τ
τ, es la constante de enfriamiento de Newton
GRÁFICA T Vs. t
T = T0
θa
𝑻 = 𝑻𝒎 + (𝑻𝟎 − 𝑻𝒎 ) 𝒆−𝒕/τ
θb
GRÁFICA ΔT Vs. t
ΔT = (𝑻𝟎 − 𝑻𝒎 ) 𝒆−𝒕/𝝉
ΔT
Si t = τ
ΔT0
ΔT =
𝑻𝟎 −𝑻𝒎
𝒆
ΔT =0,37ΔT0
ΔT =0,37ΔT0
t=τ
t
𝑻 − 𝑻𝒎 = (𝑻𝟎 − 𝑻𝒎 ) 𝒆−𝒌𝒕
ΔT = (𝑻𝟎 − 𝑻𝒎 ) 𝒆−𝒌𝒕
Ln ΔT = 𝑳𝒏 (𝑻𝟎 − 𝑻𝒎 ) − 𝒌𝒕
Y =A+ B X
A = 𝑳𝒏 (𝑻𝟎 − 𝑻𝒎 )
(𝑻𝟎 − 𝑻𝒎 ) = 𝒆𝑨
B=-k
k = 1/ τ
3. Métodos y Técnicas
4. ANÁLISIS Y RESULTADOS: Valores de tiempo y temperatura.
DATOS Ln ΔT y t
N
t(s)
T(°C)
ln T
……
…….
1
2
3
4
5
6
7
8
9
….
…..
GRÁFICA Ln ΔT Vs. t
ΔT = (𝑻𝟎 − 𝑻𝒎 ) 𝒆−𝒌𝒕
Ln ΔT = 𝑳𝒏 (𝑻𝟎 − 𝑻𝒎 ) − 𝒌𝒕
Y =A+ B X
A = 𝑳𝒏 (𝑻𝟎 − 𝑻𝒎 )
(𝑻𝟎 − 𝑻𝒎 ) = 𝒆𝑨
B=-k