PRACTICA 5 LEY DE ENFRIAMIENTO DE NEWTON final

20/ Octubre/2015
Eddy Noel Sánchez Galindo
Omar Serrano González.
20/ Octubre/2015
Eddy Noel Sánchez Galindo
Omar Serrano González.
PRÁCTICA LEY DE ENFRIAMIENTO DE NEWTON

¿Qué procedimiento experimental a partir de la temperatura y el tiempo nos permiten calcular la constante de enfriamiento del agua?

Objetivos.
o Determinar la constante de enfriamiento del agua en base a la ley de enfriamiento de Newton.
o Comprender fenómenos de área científica como decaimiento radioactivo, descarga de un capacitor, etc.
o Desarrollar la habilidad del manejo y lectura de instrumentos de laboratorio para realizar las medidas directas.
Introducción.
Se denomina enfriamiento newtoniano a aquel proceso de enfriamiento que sigue una ley determinada experimentalmente por Isaac Newton, según la cual la velocidad de enfriamiento de un cuerpo cálido en un ambiente más frío , cuya temperatura es , es proporcional a la diferencia entre la temperatura instantánea del cuerpo y la del ambiente.
 
Donde r es una constante de proporcionalidad.
Esta expresión no es muy precisa y se considera tan sólo una aproximación válida para pequeñas diferencias entre y . En todo caso la expresión superior es útil para mostrar como el enfriamiento de un cuerpo sigue aproximadamente una ley de decaimiento exponencial:

Esta expresión resulta de resolver la ecuación diferencial 
En la actualidad el enfriamiento newtoniano es utilizado especialmente en modelos climáticos como una forma rápida y computacionalmente menos cara de calcular la evolución de temperatura de la atmósfera. Estos cálculos son muy útiles para determinar las temperaturas así como para predecir los acontecimientos de los fenómenos naturales.

Problema. Se te asignará un material líquido del cuál deberás determinar su constante de enfriamiento en tus condiciones experimentales.

Hipótesis. A través de las variables Temperatura y Tiempo determinaremos la constante de enfriamiento por un método gráfico.
Condiciones
Sistema Asignado: 50 ml de Agua
Color: Incolora




Desarrollo Experimental:
1. Elegir material adecuado al sistema teniendo en cuenta la propiedad a estudiar con perspectiva de tamaño, precisión del instrumento, entre otras, para asegurar una buena medida.
2. Observar cualidades físicas del sistema, anotar descripción del material a emplear.
3. Elegimos medir el tiempo cada vez que descendía un grado para tener un mejor análisis, por consiguiente medir la propiedad cuantificable.
4. Registrar los datos en una tabla ordenada.
5. Aplicar las fórmulas para la elaboración de la gráfica.
6. Llevar a cabo un análisis de datos, discusión y mejoras que pudiera tener la reproducción del experimento.


Descripción del Sistema:

En un vaso de precipitados de 50 ml : 1 ml ± 0.5 ml, poner en la parrilla y elevar a 50°C, colocando un agitador magnético para garantizar que toda el agua tenga la misma temperatura, una vez alcanzada colocar sobre una franela con el termómetro y registrar el tiempo que toma en decaer cada grado hasta llegar a la Temperatura inicial 19.7°C.



Incertidumbres
Incertidumbres

N = no. de parejas de datos experimentales

Pendiente Ordenada al origen
Um = Sy NNi=1NXi^2-(i=1NXi)^2 y Ub = Sy i=1NXi^2Ni=1NXi2- (i=1NXi)^2

Donde
Sy = i=1N(Yi-mXi-b)^2N-2 Sy = 0.126829 = 0.066

Um = (0.066)3139147.9779-(45.95)^2 Ub = (0.066) 147.977931147.9779-45.952
Um = 0.007 Ub = 0.016
= 0.7% =1.6%

m = 3.61 b=-0. 30 y= -0.3x - 3.61

X t(min)
Ln(ΔT)
0
3.70
0.16
3.67
0.22
3.64
0.25
3.62
0.25
3.59
0.27
3.56
0.31
3.53
0.32
3.50
0.37
3.47
0.38
3.44
0.42
3.41
0.49
3.38
0.51
3.34
0.53
3.31
1.09
3.27
1.23
3.23
1.38
3.19
1.42
3.15
1.56
3.10
2.04
3.06
2.09
3.01
2.21
2.96
2.27
2.91
2.45
2.85
2.53
2.79
2.58
2.73
3.06
2.66
3.45
2.59
3.57
2.51
4.18
2.43
4.36
2.23
Ln(ΔT)Tiempo (min)


Ln(ΔT)
Tiempo (min)





ANÁLISIS DE RESULTADOS
¿En qué parte de tu experimento aplicaste tus conocimientos sobre la ley cero de la termodinámica? Cuando el agua alcanzo un estado de equilibrio de temperatura, estando interactuando con la parrilla y el vaso de precipitados
¿Cómo influyó la elección de los instrumentos en tu resultado final? ¿Los cambiarías? No los cambiaría ya que tenía muy buena precisión.
¿Qué factores, no considerados al inicio del trabajo experimental, influyeron en tu resultado final? ¿Cómo los afrontaste y qué decisión tomaste ante ellos? En que la temperatura del ambiente no era igual a las 7:00 am que a las 9:00 am modificando la asíntota horizontal de temperatura inicial
¿Qué errores sistemáticos encontraste durante el trabajo experimental? ¿Cómo los corregiste? La manipulación del material, nos auxiliamos del soporte y pinzas para sostener el termómetro.
¿Qué significado físico tienen la pendiente y la ordenada al origen? Considera las unidades.
La pendiente es la constante de enfriamiento con signo negativo ya que va de caliente a frío.
¿Qué parámetro te permite reconocer si el cambio de variable propuesto fue el adecuado? ¿Consideras que el resultado final de tu trabajo experimental es repetible y/o reproducible? ¿Por qué? Es reproducible, ya que no estamos a las mismas condiciones que cuando se realizo el experimento, fue muy exacto, por la ordenada al origen fue el logaritmo de la diferencia de temperatura final y ambiental (inicial).
¿Qué aprendizaje adquiriste después de realizar esta práctica? A desarrollar técnicas experimentales para tener buenos resultados, que con modelos puedo predecir fenómenos que ocurren en la naturaleza.
¿Qué importancia crees que tiene este experimento en la carrera que estudias?
De mucha importancia por ejemplo en el crecimiento de poblaciones de modo logístico en bacterias.
Conclusiones.
Con este práctica pudimos establecer relación entre las variables tomadas, de igual manera calcular su incertidumbre, fue muy baja eso habla de buena técnica, aunque podría mejorar si hubiéramos tomado mas parejas de datos para tener mayor exactitud, también influencio que no era la misma temperatura a la hora que empezamos que a la que terminamos, , el análisis de la gráfica muestra poco alejamiento de los datos para ser una función lineal concreta.

Constante de enfriamiento.