Ley de Enfriamiento unitec

“LEY DE ENFRIAMIENTO DE NEWTON”

LAB O R AT O R I O D E F I S I C A2

Jeffrey Murillo Adbel Ulloa Dennis Rodríguez

21311211 21311003 21311028

Instructor: Jenny Rodríguez

San Pedro Sula, 9 de septiembre de 2014 I.

Resumen Introductorio

1.Objetivos de la experiencia

 Comprobar la ley de enfriamiento de Newton de Newton con agua.  Analizar una ley alterna de calentamiento.

2.Precauciones experimentales  Colocar bien el termómetro dentro del tubo de ensayo, sin que toque el fondo.  Que el tubo de ensayo quede totalmente cubierto de hielo.  Manejar con cuidado el uso del gas butano para prevenir incendios.

3.Breve resumen del trabajo realizado El proceso para este laboratorio fue bastante simple pues técnicamente solo consistía en enfriar y calentar agua. Primero comenzamos llenando un tubo de ensayo con agua y tomamos la temperatura ambiente del agua con un termómetro de mercurio. Seguimos llenando una cubeta con hielo para luego introducir el tubo de ensayo en medio del hielo y colocamos el termómetro conectado al cobra y el programa recolectaba datos cada 8 segundos. Luego mientras el cobra recolectaba datos, encendimos el mechero para calentar el agua. El proceso se repite pero este con mas cuidado, se coloca el tubo de ensayo con agua a 0ºC al recipiente en ebullición. Introducimos el termómetro conectado al cobra y el programa se encarga de recolectar los datos.

II. Registro de Datos Temperatura ambiente

Enfriamiento del agua Calentamiento del agua

20.06ºC 4ºC

Enfriamiento 25 20 15

Temperatura(ºC)

f(x) = - 0.02x + 14.86 R² = 0.83

10

Linear ()

5 0

0

200 400 600 800 1000

Tiempo(s)

Calentamiento 120 100

f(x) = 0.56x + 0 R² = 1

80

Temperatura(ºC)

60

Linear ()

40 20 0

0

50

100

Tiempo(s)

III. Cálculos

150

200

Enfriamiento T ( t )=T a+ Ce−kt T ( t )=20.06 ; T a=0 ; t=0 20.06=0+C e

0

C=20.06 T ( t )=T a+ 20.06 e−kt T ( 1 )=16.07 16.07=0+20.06 e−k

−ln

=k ( 16.07 20.06 )

k =0.221 Calentamiento T ( t )=0 ; T a=0 ; t=0 0=4+ C e 0 C=−4

7=4−4 e−k∗1

ln

−3 ( −4 )=−K

K=0.287

IV. Resultados i Gráficos Temperatura vs. Tiempo para ambas actividades

Tiempo vs Temperatura (enfiriamiento) 25 20 15 TEMPERATURA

f(x) = - 0.02x + 14.86 R² = 0.83

10 5 0 0

100

200

300

400

500

TIEMPO

600

700

800

900

Tiempo vs Temperatura (calentamiento) 120 100

f(x) = 0.56x + 0 R² = 1

80 TEMPERATURA

60 40 20 0 0

20

40

60

80

100

TIEMPO

T ( t )−T a Mediante regresión, grafique las rectas: ln T −T =−kt i a

(

)

Enfriamiento

120

140

160

180

200

Calentamiento 3 f(x) = - 0.09x + 0.69 R² = 0.9

2.5 2 Linear ()

1.5 1 0.5 0 -25

-20

-15

-10

-5

0

0.1 0 -60

-50 -40- 0.02 -30 f(x) = 0.02x R² = 0.99

-20

-10

-0.1

0

-0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 -0.9

Linear ()

Valor de cada coeficiente ´k´, comparación con el valor ‘teórico’ (éste habrá de investigarlo: con facilidad lo debe poder obtener a través de ‘Internet’) y discusión correspondiente. Enfriamiento

K t 0.36290 549 0.32529 378 0.27763 637 0.29739 602 0.34983 997

1 2 3 4 5

Calentamiento

T

k 1 2 3 4 5 6 7 8

0.693 0.752 0.645 0.525 0.461 0.426 0.413 0.476

V. Cuestionario

1. ¿Qué cantidades cambiarían si la experiencia se hubiera realizado en Tegucigalpa? ¿Aumentarían o disminuirían? Explique. R=Ya que Tegucigalpa se ubica a mayor altura que la ciudad de San Pedro Sula, el agua en la capital tiene un punto de ebullición menor que a nivel del mar en el cual se encuentra San Pedro Sula. Por lo tanto lo que cambiaria seria el tiempo de calentamiento del agua. 2. Suponga que en lugar del tubo de ensayo se introdujo en la mezcla agua-hielo un trozo de una varilla de hierro al rojo. Asuma que: 1) la parte de la varilla no sumergida queda al vacío, no en contacto con el aire y, 2) la mezcla hielo-agua es suficiente de modo que su temperatura siempre permanezca constante, a pesar de la presencia de la varilla. ¿Cómo variaría la temperatura a lo largo de la longitud de la varilla? (Investigue sobre conducción calorífica) R=Al principio la mayor pérdida de calor se encontraría en la parte de la varilla que está en contacto con el agua, con paso del tiempo la varilla ira perdiendo calor gradualmente desde la parte más cercana al agua hasta su otro extremo y finalmente llegando a un equilibrio térmico con su ambiente. 3. Si, en las mismas condiciones, realiza esta experiencia con glicerina en el tubo de ensayo, ¿qué cantidad debe cambiar en la ley de enfriamiento o en la de calentamiento? R=Habría un cambio en los signos de la constante K, para el enfriamiento se utilizaría el signo positivo y cara calentamiento sería negativo. 4. En lo experimentado por usted, se ha dado una situación real en la variable tiempo que no se ajusta al modelo exponencial –aparte de los errores estadísticos que se puedan reflejar al graficar-. Indique dónde se halla esta diferencia.

R=Ya que nuestro experimento fue realizado manualmente la grafica asemeja una lineal más que una exponencial. Debido a que al realizar el registro de datos también se encuentra el error humano.