Ley De Enfriamiento

Práctica 8 Ley de Enfriamiento de Newton

Práctica 8

Ley de Enfriamiento de Newton

Objetivo:

Describir experimentalmente el modelo matemático del cambio en la temperatura de un cuerpo que

se enfría al entrar en contacto con un medio circundante a menor temperatura. Determinar el

parámetro de enfriamiento de dicho cuerpo.

Teoría:

La ley de enfriamiento de Newton enuncia que, cuando la diferencia de temperaturas entre un

cuerpo y su medio ambiente no es demasiado grande, el calor transferido por unidad de tiempo

hacia el cuerpo o desde el cuerpo por conducción, convección y radiación, es aproximadamente

proporcional a la diferencia de temperaturas entre el cuerpo y dicho medio externo, siempre y

cuando este último mantenga constante su temperatura durante el proceso de enfriamiento.

La genialidad de Newton se pone de manifiesto nuevamente cuando utilizando un horno de carbón

de una pequeña cocina, realizó un sencillo experimento: calentó al rojo vivo un bloque de hierro, al

retirarlo lo colocó en un lugar frío y observó cómo se enfriaba el bloque de metal en el tiempo. Sus

conjeturas sobre el ritmo al cual se enfriaba el bloque dieron lugar a lo que hoy conocemos con el

nombre de ley de enfriamiento de Newton.

Esta ley describe que la razón de pérdida de calor de un cuerpo es proporcional a la diferencia entre

la temperatura del cuerpo y el medio ambiente que lo circunda. Se expresa de la siguiente forma:

  A S T T

dt

dQ

  (1)

donde  es el coeficiente de intercambio de calor y S el área superficial del cuerpo que se encuentra

expuesta al medio ambiente.

Si la temperatura del cuerpo es mayor que la ambiental, entonces deberá experimentar una pérdida

de calor, la cual será proporcional a la diferencia de temperaturas, podemos expresar esto en forma

diferencial como:

dQ mC dT e   (2)

donde m es la masa del cuerpo y Ce su calor específico, el signo menos indica una pérdida

calorífica. Podemos combinar las ecuaciones (1) y (2) en una forma simplificada:

  A k T T

dt

dT

   (3)

donde k es una constante de proporcionalidad conocida como parámetro de enfriamiento y TA es la

temperatura ambiente, que se supone siempre constante. Resolviendo esta ecuación diferencial para

un cuerpo que se enfría desde una temperatura T0 hasta una temperatura T, obtenemos la

temperatura del cuerpo en función del tiempo:

Práctica 8 Ley de Enfriamiento de Newton

 

   

  kt

A A

A A

T t

T A

A

T T T T e

T T kt T T

k dt

T T

dT

k T T

dt

dT

   

    

 



  

 

0

0

0

ln ln

0

(4)

Material:

1 Mechero de Bunsen

1 Trípode

1 Pinza para crisol

1 Vaso de precipitado

1 Cronómetro digital

2 Termómetros

Tela de alambre con asbesto

Manguera para gas

Sustancia líquida (agua, alcohol o aceite)

Gas

1 Mechero de Bunsen 1 Trípode 1 Pinza para crisol 1 Vaso de precipitado

Cronómetro

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