Calculadora da lei de resfriamento de Newton

A lei de resfriamento de Newton modela como a temperatura de um objeto se aproxima da temperatura ao redor. Ela afirma que a taxa de variação da temperatura é proporcional à diferença entre o objeto e o ambiente. Resolver essa relação diferencial produz uma curva exponencial: a temperatura final é a temperatura ambiente mais a diferença inicial multiplicada por um fator de decaimento exponencial. O modelo descreve resfriamento quando o objeto começa mais quente que o ambiente e aquecimento quando começa mais frio. A constante de resfriamento controla a rapidez da aproximação ao equilíbrio. Ela reúne os efeitos da transferência de calor na superfície, área exposta, massa térmica, geometria, fluxo de ar e propriedades do material em um coeficiente empírico. Uma constante maior significa que a diferença de temperatura diminui mais rápido. As unidades devem corresponder ao tempo: esta calculadora usa uma constante por minuto e tempo em minutos, tornando o expoente adimensional. No tempo zero, o valor calculado é exatamente a temperatura inicial. Quando o tempo se torna muito grande, o termo exponencial tende a zero e a temperatura do objeto se aproxima da ambiente sem ultrapassá-la matematicamente. A constante costuma ser obtida por observações, não prevista a partir de primeiros princípios. Se houver uma temperatura medida em um tempo conhecido, reorganize a equação para estimar a constante. Mantenha as condições ambientais estáveis durante a medição. Uma bebida quente em ar parado, por exemplo, pode ter uma constante diferente da mesma bebida sob um ventilador ou dentro de um recipiente isolante. Mudanças na convecção, evaporação, radiação ou condução por contato podem fazer a constante efetiva variar com o tempo. Esse modelo simples de capacitância concentrada pressupõe temperatura interna quase uniforme no objeto e ambiente constante. Funciona melhor quando a condução interna é rápida em relação à transferência de calor na superfície. Objetos espessos com fortes gradientes internos, mudanças de fase, aquecimento ativo ou ambiente que muda rapidamente exigem um modelo de transferência de calor mais detalhado. Diferenças de temperatura podem ser inseridas em Celsius porque incrementos em Celsius e kelvin têm o mesmo tamanho. Use o resultado para ensino, estimativas de processos, resfriamento de alimentos e bebidas, planejamento de laboratório ou uma análise inicial antes de uma simulação térmica completa.