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La Loi de Newton de Refroidissement Expérience

1/1/2016

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La Loi de Newton de Refroidissement Expérience

Deux expériences sont utilisés pour démontrer la loi de Newton de refroidissement. On est à la chaleur d'un thermomètre, puis notez la vitesse à laquelle la température descend comme il se refroidit. Une autre consiste à chauffer une casserole d'eau, et ensuite l'enregistrer sa température avec un thermomètre à mesure qu'elle refroidit. Le tracé de la courbe peut être utilisé pour vérifier que la température de la courbe s'aplatit comme l'objet de la température approches de la température ambiante, ce qui signifie que le taux de perte de chaleur gouttes que les deux températures convergent.

Deux expériences sont utilisés pour démontrer la loi de Newton de refroidissement. On est à la chaleur d'un thermomètre, puis notez la vitesse à laquelle la température descend comme il se refroidit. Une autre consiste à chauffer une casserole d'eau, et ensuite l'enregistrer sa température avec un thermomètre à mesure qu'elle refroidit. Le tracé de la courbe peut être utilisé pour vérifier que la température de la courbe s'aplatit comme l'objet de la température approches de la température ambiante, ce qui signifie que le taux de perte de chaleur gouttes que les deux températures convergent.
Un Énoncé de la Loi

Isaac Newton a trouvé que la température d'un objet chaud diminue à un taux proportionnel à la différence entre lui-même et la température ambiante. Obversely, un objet plus froid que son environnement se réchauffe à une vitesse proportionnelle à la même différence.
La formule régissant le droit est 'T/'t = c (T - S), où T est l'objet de la température, S est la température ambiante, t est le temps et c est une constante de proportionnalité. 't est petit, puisque la loi est un instantané du taux de changement.
La solution de cette équation différentielle est exponentielle en forme, et il est écrit dans les conditions de la base e (= 2.71828...). Parce que c est négatif, T va S que le temps t est grande.

Deux Expériences

Une expérience pour démontrer cette loi est à la chaleur d'un thermomètre quelques 20 ou 30 degrés au-dessus de la température ambiante. Puis, lorsque la source de chaleur est enlevé, déclencher le chronomètre de prendre des lectures de chaque minute.
Une expérience similaire est pour chauffer de l'eau dans une casserole, puis enregistrer la température du thermomètre dans l'eau à intervalles réguliers, comme l'eau se refroidit.
Une variation fréquente est de poser la question suivante: Si vous voulez rafraîchir votre café aussi vite que possible, lorsque vous ajoutez le lait, au début ou à la fin de la période de refroidissement? Les élèves peuvent utiliser un récipient plus grand que d'une tasse de café, bien sûr, et voir ce que l'ajout d'un volume fixe de frais de liquide de refroidissement, le mélange fait à la vitesse de refroidissement. Dans un essai, le volume sera ajouté au début. Dans la seconde, le volume sera ajouté à la fin. Bien sûr, entre les essais, les volumes et les températures de départ doivent tous être égaux. Encore une fois, la température est mesurée avec un thermomètre à intervalles réguliers.

Graphique

les points de Données à partir de l'expérience peuvent être représentées graphiquement, tels que le logarithme naturel de l'excès de température (T-S) est tracée en fonction du temps. La pente est égale à la constante de proportionnalité c.
les Élèves devraient probablement également le graphique de la température T en fonction du temps t, juste pour voir la asymptotique (aplatissement) de la nature de la courbe comme le temps passe.
Cette expérience est l'occasion d'exposer les élèves au journal papier. L'excès de température T-S peuvent être représentées graphiquement en fonction du temps, t, et devrait sortir une ligne droite.
Graphique offre également une occasion pour exposer les étudiants aux propriétés de l'algorithme, par exemple, que ln exp [x] = x. L'importance de prendre le logarithme de T-S au lieu de simplement T peut être souligné, car en prenant le logarithme de l'indice S (T(initiale) - S) & - exp[ct] ne permet pas de convertir ct à partir d'un exposant à un coefficient. En d'autres termes, ln (exp[x]) n'est pas réduit avec la même simplicité que ln exp [x].

Complications

Note qu'il existe trois façons dans lequel de la chaleur est perdue dans ces expériences: le rayonnement, la convection et évaporation. Par conséquent, si le mélange de ces trois arrive à changer à mesure que les changements de température, le graphique du logarithme de l'excès de température pourrait tordu ou courbe, au lieu de la droite.
Par exemple, la perte de chaleur par évaporation pourrait jouer un plus grand rôle à des températures plus élevées, lorsque l'eau est proche de l'ébullition. Si le chemin d'accès de la convection au-dessus d'un pot est bloqué, c varient. Si le chemin est bloqué pendant une partie de l'expérience, la pente du graphique de ln(T-S) ne seront pas droites.
d'Ailleurs, il s'avère que c est pas vraiment une constante, mais augmente avec deux S et T S. La gamme des températures ne sera probablement pas assez large pour avis à un élève projet de laboratoire, cependant. Voir les résultats expérimentaux par Dulong et Petit sur la page 246 de Poynting est 'Un Texte du Livre de la Physique' pour un graphe de cette variation.

Séparer le Taux de Rayonnement et de la Convection

Newton originale de refroidissement de l'expérience (1701) participe principalement à la perte de chaleur par convection fer chaud, avec une certaine perte par conduction et par rayonnement. Une expérience de mesure de simplement le taux de rayonnement nécessiterait un vide qui entoure le refroidissement de l'objet, afin de prévenir la perte de chaleur par convection. La question est intéressante parce qu'elle pénètre dans les propriétés de la lumière (rayonnement), ainsi que la question de savoir comment estimer la température des objets lointains tels que le soleil. En cas astronomiques, la courbe de rayonnement doit être déterminée pour S égale à la température de l'espace extra-atmosphérique, qui Dulong et Petit ont essayé d'extrapoler, en procédant à des expériences à diminuer successivement les conteneur des températures (1817). Ultérieure de l'analyse théorique à led et Stefan Boltzmann pour plus exacte formulations.

La Loi de Newton de Refroidissement Experience

Deux experiences sont utilises pour demontrer la loi de Newton de refroidissement. On est a la chaleur d'un thermometre, puis notez la vitesse a laquelle la temperature descend comme il se refroidit. Une autre consiste a chauffer une casserole d'eau, et ensuite l'enregistrer sa temperature avec un thermometre a mesure qu'elle refroidit. Le trace de la courbe peut etre utilise pour verifier que la temperature de la courbe s'aplatit comme l'objet de la temperature approches de la temperature ambiante, ce qui signifie que le taux de perte de chaleur gouttes que les deux temperatures convergent.

Deux experiences sont utilises pour demontrer la loi de Newton de refroidissement. On est a la chaleur d'un thermometre, puis notez la vitesse a laquelle la temperature descend comme il se refroidit. Une autre consiste a chauffer une casserole d'eau, et ensuite l'enregistrer sa temperature avec un thermometre a mesure qu'elle refroidit. Le trace de la courbe peut etre utilise pour verifier que la temperature de la courbe s'aplatit comme l'objet de la temperature approches de la temperature ambiante, ce qui signifie que le taux de perte de chaleur gouttes que les deux temperatures convergent.
Un Enonce de la Loi

Isaac Newton a trouve que la temperature d'un objet chaud diminue a un taux proportionnel a la difference entre lui-meme et la temperature ambiante. Obversely, un objet plus froid que son environnement se rechauffe a une vitesse proportionnelle a la meme difference.
La formule regissant le droit est 'T/'t = c (T - S), ou T est l'objet de la temperature, S est la temperature ambiante, t est le temps et c est une constante de proportionnalite. 't est petit, puisque la loi est un instantane du taux de changement.
La solution de cette equation differentielle est exponentielle en forme, et il est ecrit dans les conditions de la base e (= 2.71828...). Parce que c est negatif, T va S que le temps t est grande.

Deux Experiences

Une experience pour demontrer cette loi est a la chaleur d'un thermometre quelques 20 ou 30 degres au-dessus de la temperature ambiante. Puis, lorsque la source de chaleur est enleve, declencher le chronometre de prendre des lectures de chaque minute.
Une experience similaire est pour chauffer de l'eau dans une casserole, puis enregistrer la temperature du thermometre dans l'eau a intervalles reguliers, comme l'eau se refroidit.
Une variation frequente est de poser la question suivante: Si vous voulez rafraîchir votre cafe aussi vite que possible, lorsque vous ajoutez le lait, au debut ou a la fin de la periode de refroidissement? Les eleves peuvent utiliser un recipient plus grand que d'une tasse de cafe, bien sûr, et voir ce que l'ajout d'un volume fixe de frais de liquide de refroidissement, le melange fait a la vitesse de refroidissement. Dans un essai, le volume sera ajoute au debut. Dans la seconde, le volume sera ajoute a la fin. Bien sûr, entre les essais, les volumes et les temperatures de depart doivent tous etre egaux. Encore une fois, la temperature est mesuree avec un thermometre a intervalles reguliers.

Graphique

les points de Donnees a partir de l'experience peuvent etre representees graphiquement, tels que le logarithme naturel de l'exces de temperature (T-S) est tracee en fonction du temps. La pente est egale a la constante de proportionnalite c.
les Eleves devraient probablement egalement le graphique de la temperature T en fonction du temps t, juste pour voir la asymptotique (aplatissement) de la nature de la courbe comme le temps passe.
Cette experience est l'occasion d'exposer les eleves au journal papier. L'exces de temperature T-S peuvent etre representees graphiquement en fonction du temps, t, et devrait sortir une ligne droite.
Graphique offre egalement une occasion pour exposer les etudiants aux proprietes de l'algorithme, par exemple, que ln exp [x] = x. L'importance de prendre le logarithme de T-S au lieu de simplement T peut etre souligne, car en prenant le logarithme de l'indice S (T(initiale) - S) & - exp[ct] ne permet pas de convertir ct a partir d'un exposant a un coefficient. En d'autres termes, ln (exp[x]) n'est pas reduit avec la meme simplicite que ln exp [x].

Complications

Note qu'il existe trois façons dans lequel de la chaleur est perdue dans ces experiences: le rayonnement, la convection et evaporation. Par consequent, si le melange de ces trois arrive a changer a mesure que les changements de temperature, le graphique du logarithme de l'exces de temperature pourrait tordu ou courbe, au lieu de la droite.
Par exemple, la perte de chaleur par evaporation pourrait jouer un plus grand role a des temperatures plus elevees, lorsque l'eau est proche de l'ebullition. Si le chemin d'acces de la convection au-dessus d'un pot est bloque, c varient. Si le chemin est bloque pendant une partie de l'experience, la pente du graphique de ln(T-S) ne seront pas droites.
d'Ailleurs, il s'avere que c est pas vraiment une constante, mais augmente avec deux S et T S. La gamme des temperatures ne sera probablement pas assez large pour avis a un eleve projet de laboratoire, cependant. Voir les resultats experimentaux par Dulong et Petit sur la page 246 de Poynting est 'Un Texte du Livre de la Physique' pour un graphe de cette variation.

Separer le Taux de Rayonnement et de la Convection

Newton originale de refroidissement de l'experience (1701) participe principalement a la perte de chaleur par convection fer chaud, avec une certaine perte par conduction et par rayonnement. Une experience de mesure de simplement le taux de rayonnement necessiterait un vide qui entoure le refroidissement de l'objet, afin de prevenir la perte de chaleur par convection. La question est interessante parce qu'elle penetre dans les proprietes de la lumiere (rayonnement), ainsi que la question de savoir comment estimer la temperature des objets lointains tels que le soleil. En cas astronomiques, la courbe de rayonnement doit etre determinee pour S egale a la temperature de l'espace extra-atmospherique, qui Dulong et Petit ont essaye d'extrapoler, en procedant a des experiences a diminuer successivement les conteneur des temperatures (1817). Ulterieure de l'analyse theorique a led et Stefan Boltzmann pour plus exacte formulations.