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Problema 1 :Una de las aplicaciones de las ecuaciones diferenciales ordinarias de primer orden es la solución de problemas de temperatura, en los que un objeto absorbe calor del medio circundante?

Problema 1 : Una de las aplicaciones de las ecuaciones diferenciales ordinarias de primer orden es la solución de problemas de temperatura, en los que un objeto absorbe calor del medio circundante. Para dichos casos, se puede establecer la Ley de enfriamiento o calentamiento de Newton que dice : “La temperatura de un cuerpo se modifica a una velocidad que es proporcional a la diferencia de las temperaturas entre el cuerpo y el medio externo, siempre que el medio mantenga constante su temperatura” dT / dt = k(T - T_a) En ese sentido, dicho fenómeno se presenta frecuentemente en la vida cotidiana y se puede aplicar en el siguiente caso : Una pequeña lámina de metal, cuya temperatura inicial es de 25 °C, se introduce en un recipiente que contiene agua hirviendo. Determinar el tiempo que dicha lámina tardará en alcanzar los 80 °C, si se tiene que su temperatura se incrementó 3 °C en un segundo, y calcular cuánto tardará la misma lámina en elevar su temperatura a 95 °C.

En resumen

Temperatura inicial = Ta = 25°C T = 80°C dT / dt = 3°C / seg t = ?

Mejor respuesta

Selenitha3732
10

Datos

Temperatura inicial = Ta = 25°C T = 80°C dT / dt = 3°C / seg t = ?

T = 95°C SOLUCIÓN : Para la solución del problema se aplica la ley de enfriamiento ( ley de Newton) : dT / dt = k * (T - Ta) Se despeja k : k = ( T - To) / dT / dt k = ( 80°C - 25°C ) / 3°C / seg k = 55 / 3 seg dT / dt = (55 / 3) * ( T - 25°C ) ∫ dT / (T - 25°C ) = ∫ ( 55 / 3) dt Ln( T - 25°C ) = (55 / 3) * t t = Ln( T - 25°C ) / (55 / 3) Para determinar el tiempo en que dicha lamina tardara en alcanzar los 80°C : t = Ln( 80°C - 25°C ) / ( 55 / 3) = 0.

218 seg Para T = 95°C t = Ln( 95°C - 25°C ) / (55 / 3) = 0.

2317 seg Se tardó 0.

218 seg en alcanzar los 80°C y 0.

2317 seg en alcanzar los 95°C .