Cajamarca, 27 de noviembre de 2012UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERÍA DE MINAS CURSO: FÍSICA II TEMA: CURVA DE ENFRIAMIENTO DE NEWTON DOCENTE: Lic. Fìs. JAIME GORDILLO LLONTOP INTEGRANTES: FRANTZEN CONTRERAS, David PAREDES RODRIGUEZ, Hamer RAMIREZ VIZCONDE, Cristhian Jhony RODRIGUEZ ALVAREZ, Diego CICLO: IV CURVA DE ENFRIAMIENTO DE NEWTON I. OBJETIVOS Cajamarca, 27 de noviembre de 2012 Determinar experimentalmente las curvas de enfriamiento de agua y aceite. II. INTRODUCCION Isaac Newton (1641-1727) es reconocido por sus numerosas contribuciones a la ciencia. Entre otras cosas estudió el movimiento y estableció las leyes de la dinámica, enunció la ley de la gravitación universal, explicó la descomposición en colores de la luz blanca cuando pasa por un prisma, etcétera. A los 60 años de edad, aceptó un puesto como funcionario nacional y se desempeñó como responsable de la Casa de Moneda de su país. Allí tenía como misión controlar la acuñación de monedas. Probablemente se interesó por la temperatura, el calor y el punto de fusión de los metales motivado por su responsabilidad de supervisar la calidad de la acuñación. Utilizando un horno a carbón de una pequeña cocina, Newton realizó el siguiente experimento. Calentó a rojo un bloque de hierro. Al retirarlo del fuego lo colocó en un lugar frío y observó cómo se enfriaba. Sus resultados dieron lugar a lo que hoy conocemos con el nombre de ley de 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 cíe tiempo hacia el cuerpo o desde el cuerpo por conducción, convección y radiación es aproximadamente proporcional a la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el medio externo. Donde α es el coeficiente de intercambio de calor y S es el área del cuerpo. El coeficiente α, depende de la forma y el tamaño de la muestra y el contacto entre la muestra y el medio que la rodea. 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 + , disminuyendo su temperatura T en dT. Donde = es la masa del cuerpo (ρ 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: Donde la derivada de la temperatura respecto del tiempo dT/dt representa la rapidez del enfriamiento, T es la temperatura instantánea del cuerpo, k es una constante que define el ritmo del enfriamiento y es la temperatura del ambiente, que es la temperatura que alcanza el cuerpo luego de suficiente tiempo. El inverso del parámetro k se mide en unidades de tiempo y representa un "tiempo característico" del enfriamiento. Integrando esta ecuación con la condición inicial de que en el instante t =0, la temperatura del cuerpo es 0 Cajamarca, 27 de noviembre de 2012 Obtenemos la relación lineal siguiente. que es la solución de la ecuación de enfriamiento de Newton, y podría representar la evolución de la temperatura. III. MATERIALES Computador Interfaz Vernier para computador Logger Pro Sensor de temperatura Vernier Recipientes de agua caliente IV. PROCEDIMIENTO 1. Sumerja el Sensor de temperatura en agua o aceite (un litro o medio litro, según se le indique) caliente hasta que la temperatura del mismo alcance la máxima posible (100 °C); anote esta temperatura inicial T0 (ver figura 1). 2. Conecte el Sensor de Temperatura en el interfaz Vernier para computador. 3. Seleccione Abrir del menú Archivo. 4. Abra la carpeta Ciencias de la Tierra con Computadores 5. Retire la cocina y deje enfriar el líquido, registrando la temperatura cada 2 minutos. Cajamarca, 27 de noviembre de 2012 6. Con los datos obtenidos construya una tabla de valores y analice gráficamente la temperatura en función del tiempo. 7. Intercambie sus datos experimentales con sus compañeros de otras mesas de trabajo, grafique estos datos, compare, analice, e interprete el comportamiento de las respectivas curvas de enfriamiento. V. DATOS Temperatura °C 70.4 68.2 67.0 65.8 64.5 63.1 62.1 61.0 59.9 Tiempo (min) 2 4 6 8 10 12 14 16 18 58.7 57.8 56.9 55.8 54.8 53.8 52.7 51.9 50.8 49.6 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 48.8 47.6 46.6 45.3 44.7 43.5 42.4 41.9 39.8 40 42 44 46 48 50 52 54 56 VI. ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS 1. ¿Por qué se coloca el tiempo en el eje horizontal en este experimento? Porque todo experimento está en función del tiempo. 2. ¿Por qué se coloca la temperatura en el eje vertical? Por la temperatura va cambiando según el tiempo transcurrido en el experimento. VII. CUESTIONARIO 1. ¿Qué es la Temperatura? Es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio o frío que puede ser medida con un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica 2. ¿Por qué la curva Temperatura vs Tiempo? En el gráfico obtenemos del cambio de temperatura en función del tiempo, se observa que responden a la Ley de enfriamiento de Newton ya que el ajuste realizado a las mismas corresponde al de un decaimiento exponencial de primer orde