INFORME N 04. LEY DE NEWTON DEL ENFRIAMIENTO DE LOS CUERPOS

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Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann – Tacna
Facultad de Ciencias Agropecuarias
Escuela Profesional de Ingeniería Ambiental
LEY DE NEWTON DEL ENFRIAMIENTO DE LOS CUERPOS
 
 
DOCENTE	: Hugo Alfredo Torres Muro.
ASIGNATURA	: Física del Calor y Procesos.
ALUMNO	: Jean Carlos Lauracio Marca.
 
			 
SEMESTRE	: Tercero
GRUPO	: III
	
TACNA-PERÚ
2016
UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN
FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL
“LEY DE NEWTON DEL ENFRIAMIENTO DE LOS CUERPOS”
Jean Carlos Lauracio Marca
Física del calor y procesos
Jueves 3-5pm
Grupo III
Jeancarloslauraciomarca@Gmail.com
12 de mayo del 2016
La transferencia de calor es importante en los procesos, porque es un tipo de energía que se encuentra en tránsito, debido a una diferencia de temperaturas y por tanto existe la posibilidad de presentarse el enfriamiento. En el presente informe medimos la temperatura en función del tiempo y observamos y analizamos este caso usando la expresión de la ley de enfriamiento de Newton y proporcionamos una introducción a los procesos de transferencia de calor a través de la determinación experimental de la ecuación empírica que relaciona la temperatura de enfriamiento de un termómetro con respecto al medio, podemos concluir que el enfriamiento de las muestras se basan en una constante y está por formula hallarla, asi como nos dice la teoría de newton.
Palabras Claves: Enfriamiento, calor, temperatura.
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1. 
1. INTRODUCCIÓN
La transferencia de calor es importante en los procesos, debido a una diferencia de temperaturas y por tanto existe la posibilidad de presentarse el enfriamiento. La ley de enfriamiento de Newton anuncia 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 es aproximadamente proporcional a la diferencia de temperaturas entre el cuerpo y dicho medio externo. En el presente informe estudiaremos el enfriamiento de un cuerpo, en nuestro caso un termómetro de mercurio, para ello lo calentamos y lo dejamos enfriar hasta la temperatura ambiente.· Autor correspondiente: Carrasco, G. (2002)
1. DETALLES EXPERIMENTALES
En el presente informe de laboratorio para poder hallar la temperatura que se enfría en función del tiempo, calentando un objeto y colocarlo a temperatura ambiente, requerimos los siguientes materiales para dar satisfactoriamente los resultados: Dos termómetros de mercurio, uno que estará dentro del vaso de precipitación y otro estará calculando la temperatura del agua, y estará afuera del vaso, cocina eléctrica de sobremesa, portátil, se emplea para calentar recipientes con liquido; un cronómetro listo que será activado en cuanto el termómetro marque una determinada temperatura. Una mordaza del soporte universal, para llegar a una determinada altura del termómetro.
El cuerpo de estudio es la determinación del enfriamiento del termómetro que marca la variación de la temperatura en función del tiempo que posteriormente instalamos el equipo, medimos la temperatura ambiente.
Instalamos el equipo como se muestra en la Figura 1; evitando que el termómetro choque con las paredes y/o fondo del vaso de precipitación. Calentamos el vaso de precipitación con 250 gr. De agua hasta su punto de ebullición y apagamos la cocina eléctrica. Subimos la mordaza del soporte universal, hasta retirar el termómetro del agua, intentando no mover mucho el mismo para no agitar el aire circundante. Retiramos de la cocina el vaso de precipitación y rápidamente seca el bulbo del termómetro con papel absorbente o franela. Paralelamente, hemos tenido el cronómetro listo para ser activado en cuanto el termómetro marque una temperatura de 70°C, que será la Temperatura Inicial. (T0).
1. RESULTADO Y DISCUSION
Como primer punto, medimos la temperatura del ambiente que es: 24,5°C. Para luego hacemos hervir el agua, hasta que el termómetro llegue a aproximadamente a los 100°C, para luego calcular el tiempo de enfriamiento según va bajando la temperatura cada 5°C, como veremos en la Tabla N° 1. Hicimos 5 repeticiones y los datos son los siguientes:
TABLA N° 01: Determinación de los valores de tiempo y temperatura.
	N°
	T°C
	1
	2
	3
	4
	5
	Promedio de Tiempo
	1
	70
	0
	0
	0
	0
	0
	0
	2
	65
	9.72
	7.34
	8.69
	6.92
	7.09
	7.952
	3
	60
	20.66
	18.97
	20.09
	15028
	16.22
	18.244
	4
	55
	33.97
	31.78
	34.06
	27.22
	27.47
	30.9
	5
	50
	49.69
	48.31
	49.18
	40.53
	41.69
	45.88
	6
	45
	73.6
	60.08
	75.25
	57.5
	67.19
	65.646
	7
	40
	102.38
	92.41
	105.59
	78.12
	86
	93
	8
	35
	143.16
	129.22
	156.96
	112.53
	120.9
	132.554
	9
	30
	212.5
	221.44
	180.5
	170.18
	177.87
	192.398
Fuente: Elaboración Propia
Seguimos haciendo un análisis acerca de los valores mostrados en la Tabla 1 y el dato de T0, y llenamos el siguiente cuadro considerando la variación de Temperatura: 	para luego hallar su ln.
TABLA N° 02: Determinación de los valores de tiempo, incremento de temperatura y ln.
	N
	T(s)
	T (°C)
	ln∆T
	∆T
	1
	0
	70
	3.8177
	45.5
	2
	7.952
	65
	3.7013
	40.5
	3
	18.244
	60
	3.5695
	35.5
	4
	30.9
	55
	3.4177
	30.5
	5
	45.88
	50
	3.2586
	25.5
	6
	65.646
	45
	3.0204
	20.5
	7
	93
	40
	2.7408
	15.5
	8
	132.554
	35
	2.3513
	10.5
	9
	192.398
	30
	1.7047
	5.5
Fuente: Elaboración Propia
GRÁFICA N° 01: Relación entre la variación de temperatura en función del tiempo.
Fuente: Elaboración Propia
Podemos observar que la gráfica de Variación de temperatura en función del tiempo la relación de dependencia entre sus variables es débil porque los datos no siguen una línea recta. Su representación matemática es:
y=-0.2026x+38.702
R² = 0.8964
El comportamiento de las temperaturas hemos aplicado la ley del enfriamiento de Newton a un cuerpo caliente que pierde calor y como consecuencia disminuye su temperatura. La atmósfera que le rodea gana 
el calor perdido por el cuerpo, pero no incrementa su temperatura ya que consideramos que tiene un tamaño infinito. Cuando un cuerpo se enfría en un medio a temperatura constante e inferior, el proceso térmico que se da es complejo y la pérdida de energía que origina el enfriamiento es una difícil superposición de fenómenos de radiación, convección y conducción. En cualquier caso, tal proceso de enfriamiento se produce debido a una transferencia energética del cuerpo al ambiente originada por la diferencia de temperaturas entre ambos y cuya velocidad depende del gradiente de temperatura entre el cuerpo y el ambiente. Esto fue estudiado por Newton y se conoce en la literatura como la ley del 
enfriamiento de Newton. (Palacios, 1958; Catalh, 1961; Tipler, 1994).
GRÁFICA N° 02: Relación entre ln∆T en función del tiempo en segundos.
	
Fuente: Elaboración Propia
Análisis Graficos:
Esta gráfica contiene los resultados del proceso de linealización, el valor de su intercepto y la pendiente son los siguientes: 
Valor de intercepto:	y=0.0203		R² = -14.33
Pendiente:		-0.014
Según la gráfico aplicando las funciones inversas respectivas, determinamos la ecuación empírica que relaciona ln∆T vs Tiempo.
Ecuación Empírica: -92.137x + 347.54
El valor del coeficiente de proporcionalidad de la variación de temperatura en función del tiempo aplicando las fórmulas es de: k: 0.011005022
	Método de análisis
	Gráfica: T(s) vs ∆T 
	Gráfica: Tiempo vs ln∆T
	
	A( )
	B ( )
	Ecuación Empírica
	Ecuación Empírica
	 ( )
	To ( )
	Grafico
	 0.0203
	-0.014 
	-92.137x+347.54 
	 -0.0108x+3.771
	90.86 
	 70
Los factores que depende es del tiempo total que se enfría el objeto, de la temperatura del ambiente, de las temperaturas iniciales y finales de la investigación. La constante de tiempo de enfriamiento del proceso estudiado es de: .
1. CONCLUSIONES
Gracias al anterior informe se pudo establecer la relación entre la variación de temperatura en función del tiempo.De las gráficas anteriores se deduce que los enfriamientos siguen una ley, y mediante de eso nos percatamos que se basan a una constante de enfriamiento que hemos estado midiendo.
El calor es la energía que se transfiere entre dos sistemas, debido a una diferencia de temperaturas. Existen tres mecanismos fundamentales para la transmisión de calor: 
Conducción: La conducción es la manera de transferir calor desde una masa de temperatura más elevada a otra de temperatura inferior por contacto directo. 
Convección: La transmisión de calor por convección es un intercambio de calor entre el aire y una masa material que se encuentran a diferentes temperaturas. 
Radiación: Es un mecanismo de transmisión de calor en el que el intercambio se produce mediante la absorción y emisión de energía por ondas electromagnéticas,
La ley Cero de la Termodinámica existe cuando hay dos cuerpos en transmisión de calor pues ninguno de los dos cambia de estado.
El principio físico de un termómetro desde el punto de vista atómico, te puedo decir que al calentarse todo fluido experimenta una expansión llamada dilatación.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Alonso, M. (1995). Fisica. 
Quintanilla, M. (. (1997). ESTUDIO EXPERIMENTAL DE PROCESOS DE CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTO. Obtenido de http://www.raco.cat/index.php/ensenanza/article/viewFile/21502/93552
Ticona, C. (2008). FISICA PREUNIVERSITARIA. Tacna.
T(s) vs ∆T 
∆T	
0	7.952	18.244	30.9	45.88	65.646000000000001	93	132.554	192.398	45.5	40.5	35.5	30.5	25.5	20.5	15.5	10.5	5.5	Tiempo empleado (segundos)
Variación de la Temperatura (∆T )
 Tiempo vs ln∆T
ln∆T	
0	7.952	18.244	30.9	45.88	65.646000000000001	93	132.554	192.398	3.8176999999999999	3.7012999999999998	3.5695000000000001	3.4177	3.2585999999999999	3.0204	2.7408000000000001	2.3513000000000002	1.70470000	00000001	 Tiempo en segundos
ln∆T