牛頓冷卻定律

簡介

一個裝有熱水的容器，T，放置在較低溫度的房間T房間，會導致熱水與房間的熱量交換。水最終會冷卻到與房間相同的溫度。每次當你等待熱飲冷卻時，你都會觀察到這個冷卻過程。在這個實驗中，您將研究熱水的冷卻，目標是創建一個描述該過程的模型。你還可以預測熱水冷卻到室溫所需的時間。

艾薩克·牛頓通過假設熱能從一個物體移動到另一個物體的速率成正比(通過一個常數，k)到兩個物體之間的溫差，Tdiff．在水樣的情況下在室溫空氣中冷卻

{\text{冷卻速率}}= -k{T_{diff}}

從這個簡單的假設，他證明了溫度的變化是指數級的，可以用

T_{diff} = T_{0}e^{-kt}

在哪裏T0是初始溫度差。指數變化在科學中很常見。變化率與變化量成正比的係統表現出指數行為。

為了在短時間內完成這個實驗，你將使用少量熱水，溫度高於室溫約30°C。溫度探測器將記錄水冷卻時的溫度。

目標

  • 用溫度探頭記錄熱水的冷卻過程。
  • 用你收集的水溫數據測試牛頓冷卻定律。
  • 利用牛頓冷卻定律隨時預測冷卻水的溫度。