Lesson 3.3Modeling Attraction

Phase ChangeLesson Guides

Lesson 3.3

© The Regents of the University of California

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© 2018 The Regents of the University of California. All rights reserved. Permission granted to photocopy for classroom use.

Phase Change—Lesson 3.3—Activity 4

Homework: Reading “Pressure and Temperature”

You have learned a lot about the role of temperature in phase change. To learn about pressure’s role, read and annotate the “Pressure and Temperature” article. Then, answer the questions below.

1. Why is it easier for liquid water to evaporate on Mars than on Earth?

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2. How can liquid reach higher temperatures in a pressure cooker than in an unsealed pot?

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Active Reading Guidelines

1. Think carefully about what you read. Pay attention to your own understanding.

2. As you read, annotate the text to make a record of your thinking. Highlight challenging words and add notes to record questions and make connections to your own experience.

3. Examine all visual representations carefully. Consider how they go together with the text.

4. After you read, discuss what you have read with others to help you better understand the text.

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Pressure and Temperature  F1

Pressure and TemperatureEvaporating Water on Mars

When scientists look for life on Mars, they usually look in places where they find evidence of water. Riverbeds and other landforms on Mars are evidence that water has flowed on Mars in the past, and NASA has recently found evidence that liquid water still flows there today. However, that liquid water hasn’t been so easy to find. On Mars, liquid water evaporates and changes phase into a gas at a very low temperature—so when there is liquid water, it doesn’t stick around long.

Disappearing water on Mars is all about pressure. Pressure is the continuous force that one object puts on another while they are touching. Even air, which you probably think of as very lightweight, puts pressure on Earth: the weight of the atmosphere pressing on

Earth’s surface is called air pressure. In fact, the amount of air pressure we experience at sea level on Earth is called 1 atmosphere (atm). There’s about 1 atm pushing on you right now! (It may be slightly higher or lower depending on where you live.)

Not all planets experience 1 atm of pressure. Planets with thinner atmospheres experience less pressure because there’s less atmosphere pushing on them. Planets with thicker atmospheres experience more pressure because there’s more atmosphere pushing on them. Mars has a very thin atmosphere, so the air pressure on the surface of Mars isvery low. In fact, Earth’s atmosphere exerts about 100 times as much pressure as Mars’s atmosphere does.

Scientists look for life on Mars in places where they see evidence of water. Dry riverbeds like these show that water once flowed on Mars.

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F2 Pressure and Temperature

What does air pressure have to do with evaporation? When water changes from the liquid phase to the gas phase, the water molecules are moving with so much energy that they escape the liquid water, becoming a gas. Under normal circumstances on Earth, 1 atm of air pressure is pushing down on the surface of the liquid water, making it hard for the molecules to escape until they have a certain amount of thermal energy—that is, until they reach 100°C (212°F).

On Mars, there’s less pressure on the surfaceof the liquid water, so it’s easier for the molecules to escape the surface, even if they don’t have very much thermal energy. On Mars, water evaporates at just 10°C (50°F). The temperature on Mars varies, but the range of temperatures where water there is warm enough not to freeze, but cold enough not to evaporate, is very small. That’s why it’s no surprise that nobody has yet seen liquid water flowing on Mars—almost as soon as it becomes a liquid, it changes phase into a gas.

Pressure affects the way water behaves on Mars, but pressure and temperature are related in the same way here on Earth. In fact, you may be able to find an example of pressure affecting temperature in your own kitchen—especially if you’re a fan of eating in a hurry.

A pressure cooker is a type of pot that uses pressure to cook food very quickly. Most pots allow a little bit of steam to escape between the pot and the lid, but pressure cookers have a rubber ring that goes between the lid and the edge of the pot, sealing the pot and keeping the steam inside. As steam begins to build up, the pressure inside the pot rises.

Just as the low air pressure on Mars makes water evaporate at a low temperature, the high pressure inside a pressure cooker causes water to remain a liquid even after it has passed the temperature where it

would normally change into a gas. That is, air pressure presses down on liquid water hard enough to keep the water molecules from escaping into a gas. The liquid water in the pressure cooker (and inside your food) reaches a higher temperature than it could reach in an unsealed pot—about 120°C (250°F) instead of 100°C (212°F). Your food cooks at that same high temperature and cooks faster than it would at lower temperatures. Pressure cookers can cook some foods ten times as quickly as a regular pot!

A pressure cooker is a type of pot that uses pressure to cook food very quickly.

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Cambio de fase—Lección 3.3—Actividad 4

Tarea: leer “Presión y temperatura”

Has aprendido mucho sobre el papel de la temperatura en el cambio de fase. Para aprender sobre el papel de la presión, lee y añade apuntes al artículo “Presión y temperatura”. Luego, contesta las siguientes preguntas.

1. ¿Por qué es más fácil que el agua líquida se evapore en Marte que en la Tierra?

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2. ¿Cómo puede el líquido alcanzar temperaturas más altas en una olla a presión que en una olla sin sello?

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Pautas de la Lectura Activa

1. Piensa cuidadosamente sobre lo que lees. Presta atención a tu propia comprensión.

2. Mientras lees, añade apuntes al texto para tener un registro de tus ideas. Destaca las palabras difíciles, y agrega notas para apuntar tus preguntas y hacer conexiones con tu propia experiencia.

3. Examina cuidadosamente todas las representaciones visuales. Considera cómo se relacionan con el texto.

4. Después de leer, discute lo que leíste con otros/as estudiantes para ayudarte a comprender mejor el texto.

© 2018 The Regents of the University of California. All rights reserved.

Presión y temperatura F1

Cuando los/as científicos/as buscan vida en Marte, usualmente buscan en lugares donde encuentran evidencia de agua. Los lechos de ríos y otros accidentes geográficos en Marte son evidencia de que agua ha fluido en Marte en el pasado, y NASA recientemente ha encontrado evidencia de que allá aún fluye agua líquida hoy en día. No obstante, esa agua líquida no ha sido tan fácil de encontrar. En Marte, el agua líquida se evapora y cambia de fase a gas a una temperatura muy baja, así que si hay agua líquida, no permanece por mucho tiempo.

La desaparición del agua en Marte se debe a la presión. La presión es la fuerza continua que un objeto ejerce sobre otro mientras se están

tocando. Incluso el aire, que tal vez pensarás que es muy liviano, ejerce presión sobre la Tierra. El peso de la atmósfera ejerciendo presión sobre la superficie de la Tierra se llama presión de aire. De hecho, la cantidad de presión de aire que experimentamos a nivel del mar sobre la Tierra se llama 1 atmósfera (atm). ¡Hay 1 atm empujándote en este mismo momento! (Puede ser un poco más o menos dependiendo de donde vives).

No todos los planetas experimentan 1 atm de presión. Los planetas con atmósferas más escasas experimentan menos presión, ya que hay menos atmósfera empujando sobre ellos. Los planetas con atmósferas más densas experimentan más presión, ya que hay más

Presión y temperaturaAgua que se evapora en Marte

Los/as científicos/as buscan vida en Marte en lugares donde ven evidencia de agua. Lechos de ríos secos como estos muestran que agua fluyó alguna vez en Marte.

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F2 Presión y temperatura

atmósfera empujando sobre ellos. Marte tiene una atmósfera muy escasa, por lo tanto la presión de aire en la superficie de Marte es muy baja. De hecho, la atmósfera de la Tierra ejerce alrededor de 100 veces más presión de lo que ejerce la atmósfera de Marte.

¿Qué tiene que ver la presión de aire con la evaporación? Cuando el agua cambia de fase líquida a fase de gas, las moléculas de agua se mueven con tanta energía que escapan el agua líquida, convirtiéndose en gas. Bajo circunstancias normales en la Tierra, 1 atm de presión de aire está empujando hacia abajo en la superficie del agua líquida, haciendo que sea difícil escapar para las moléculas hasta que tengan una cierta cantidad de energía térmica, es decir, hasta que alcancen 100°C (212°F).

En Marte, hay menos presión sobre la superficie del agua líquida, por lo tanto es más fácil que las moléculas escapen la superficie, incluso sin tener mucha energía térmica. En Marte, el agua se evapora a solo 10°C (50°F). La temperatura en Marte varía, pero el rango de temperaturas a las cuales el agua de allá está lo suficientemente tibia como para no congelarse, pero a la misma vez lo suficientemente fría como para no evaporarse, es muy pequeño. Es por eso que no es ninguna sorpresa que nadie haya visto todavía agua líquida corriendo en Marte. Casi inmediatamente tras transformarse en líquido, cambia de fase a gas.

La presión afecta la manera en la que el agua se comporta en Marte, pero la presión y la temperatura están relacionadas de la misma forma aquí en la Tierra. De hecho, tal vez puedas encontrar un ejemplo de presión afectando la temperatura en tu propia cocina, especialmente si te gusta comer deprisa.

Una olla a presión es un tipo de olla que utiliza presión para cocinar comida rápidamente. La mayoría de las ollas permiten que un poco de vapor escape entre la olla y la tapa, pero las ollas a presión tienen un anillo de goma que va entre la tapa y la orilla de la olla, sellando la

olla y manteniendo el vapor dentro de la olla. A medida que el vapor comienza a acumularse, la presión dentro de la olla se eleva.

Así como la presión baja de aire en Marte hace que el agua se evapore a baja temperatura, la presión alta dentro de la olla a presión causa que el agua permanezca líquida, incluso después de haber superado la temperatura a la cual normalmente cambiaría a gas. Es decir que la presión de aire empuja sobre el agua líquida lo suficiente como para impedir que las moléculas de agua se escapen como gas. El agua líquida en la olla a presión (y dentro de tu comida) alcanza una temperatura más alta de lo que podría alcanzar en una olla sin sello: alrededor de 120°C (250°F) en lugar de 100°C (212°F). Tu comida se cocina a la misma temperatura alta y se cocina más rápido que en temperaturas más bajas. ¡Las ollas a presión pueden cocinar algunas comidas diez veces más rápido que una olla regular!

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Una olla a presión es un tipo de olla que utiliza presión para cocinar comida muy rápidamente.