牛顿冷却定律

介绍

一个装有热水的容器，T，放置在较低温度的房间T房间，会导致热水与房间的热量交换。水最终会冷却到与房间相同的温度。每次当你等待热饮冷却时，你都会观察到这个冷却过程。在这个实验中，您将研究热水的冷却，目标是创建一个描述该过程的模型。你还可以预测热水冷却到室温所需的时间。

艾萨克·牛顿通过假设热能从一个物体移动到另一个物体的速率成正比(通过一个常数，k)到两个物体之间的温差，Tdiff。在水样的情况下在室温空气中冷却

{\text{冷却速率}}= -k{T_{diff}}

从这个简单的假设，他证明了温度的变化是指数级的，可以用

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

在哪里T0是初始温度差。指数变化在科学中很常见。变化率与变化量成正比的系统表现出指数行为。

为了在短时间内完成这个实验，你将使用少量热水，温度高于室温约30°C。温度探测器将记录水冷却时的温度。

目标

  • 用温度探头记录热水的冷却过程。
  • 用你收集的水温数据测试牛顿冷却定律。
  • 利用牛顿冷却定律随时预测冷却水的温度。