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En este documento se presenta la resolución de un ejercicio de física que consiste en determinar el tiempo que tarda un cubo en alcanzar una temperatura específica (35°) cuando se enfría al aire libre, teniendo en cuenta que la tasa de enfriamiento es proporcional a la diferencia de temperatura entre el cubo y el aire. Se proporciona la ecuación de newton para el calentamiento y se calcula el valor de la constante 'k' para determinar el tiempo deseado.
Tipo: Ejercicios
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Situación problema:
Un cubo de metal se enfría al aire libre velocidad a la que este se enfría es
proporcional a la diferencia entre la temperatura del cubo y la del aire. Si la
temperatura del aire es 25° y la sustancia se enfría de 150° a 60° grados
en 40 minutos, ¿En qué tiempo la temperatura de cubo de metal se
encontrará a 35°?
Por ley de calentamiento de Newton (T= Temperatura, t= tiempo):
T: temperatura
t: tiempo
Tm: temperatura del ambiente
Tenemos la ecuación:
dT
dt
∝ T −Tm=
dT
dt
=k ( T −Tm)
∝ =k
Solución de la ecuación:
dT
T −Tm
=k dt=
dT
T −Tm
k dt
T −Tm=e
kt +C
=e
kt
∗e
c
T −Tm=C e
kt
T ( t )=C e
kt
+Tm
Cuando T = 150 y t = 0
T ( t )=C e
kt
+Tm
t
=C e
kt
150 =C e
k∗ 0
Cuando T = 60 y t = 40
60 =C e
kt
60 = 125 e
k∗ 40
125 e
k∗ 40
125 e
k∗ 40
e
k∗ 40
ln e
k∗ 40
=ln
k∗ 40 =ln
k =
ln
k =0.
Se procede a determinar en qué tiempo la
temperatura del cubo de metal se encontrará a
T =C e
kt