Tečnost sa najvećim koeficijentom toplotnog širenja. Koeficijent toplinske ekspanzije

Početna > Zakon

Zatezna čvrstoća tekućine se ne uzima u obzir pri rješavanju praktičnih problema. Temperaturno širenje kapajućih tečnosti karakteriše koeficijent termičke ekspanzije β t, izražavajući relativno povećanje zapremine tečnosti sa povećanjem temperature za 1 stepen, tj.:

Gdje W - početni volumen tečnosti; Δ W - promjena ovog volumena s povećanjem temperature za iznos ΔT . Koeficijent termičke ekspanzije kapajućih tečnosti, kao što se može videti iz tabele. 5 je beznačajno.

Tabela 5

Koeficijent toplinske ekspanzije vode
Pritisak Pa∙10 4	Na temperaturi, °S

Dakle, za vodu kada se temperatura promijeni od 10 do 20 ° C i pri pritisku od 10 5 Pa β t=0,00015 1/deg. Sa značajnim temperaturnim razlikama, uticaj temperature na specifičnu težinu u nekim slučajevima mora se uzeti u obzir. Gustina i specifična težina kapajućih tekućina, kao što slijedi iz prethodnih razmatranja, malo se mijenjaju s promjenama tlaka i temperature. Možemo približno pretpostaviti da gustina ne zavisi od pritiska i da je određena samo temperaturom. Iz izraza (9) i (1) može se pronaći približan odnos za izračunavanje promjene gustine kapajućih tekućina s temperaturom:

Vrijednosti koeficijenta u (10) nalaze se iz tabela unutar datog temperaturnog raspona (vidi, na primjer, tabelu 5). Sposobnost tečnosti da menjaju gustinu (specifičnu težinu) sa promenama temperature se široko koristi za stvaranje prirodne cirkulacije u kotlovima, sistemima grejanja, za uklanjanje produkata sagorevanja itd. B tabela. 6 prikazuje gustinu vode na različitim temperaturama.

Tabela 6

Ovisnost gustine ρ, kinematičke ν i dinamičke μ viskoznosti vode o temperaturi
Temperatura, °C		ν∙10 4 , m 2 /s	μ∙10 3 , Pa∙s

Za razliku od kapajućih tekućina, plinove karakterizira značajna kompresibilnost i visoke vrijednosti koeficijenta toplinskog širenja. Zavisnost gustine gasova od pritiska i temperature utvrđuje se jednačinom stanja. Najjednostavnija svojstva posjeduje plin razrijeđen do te mjere da se interakcija između njegovih molekula može zanemariti - tzv. idealan) gas. Za savršene gasove važi Clapeyronova jednačina, koja omogućava određivanje gustine gasa pri poznatom pritisku i temperaturi:

(11)

Gdje R - apsolutni pritisak; R - specifična gasna konstanta, različita za različite gasove, ali nezavisna od temperature i pritiska [za vazduh R=287 J/(kg∙K)] ; T je apsolutna temperatura. Ponašanje stvarnih plinova u uvjetima daleko od ukapljivanja tek se neznatno razlikuje od ponašanja savršenih plinova, a za njih se mogu koristiti jednadžbe stanja savršenih plinova u širokom rasponu. U inženjerskim proračunima, gustoća plina obično rezultira normalno fizičkim uslovima (t=0°; p=101 325 Pa) ili do standard uslovima (t=20° S; r= 101325 Pa). Gustina vazduha na R=287 J/(kg∙K) u standardnim uslovima prema formuli (11) biće jednaka ρ 0 =101325/287/(273+20)=1,2 kg/m 3 . Gustoća zraka u drugim uvjetima određena je formulom:

(12)

Na sl. 1 prikazani su grafovi zavisnosti gustine vazduha od temperature određene ovom formulom pri različitim pritiscima.

Rice. 1 Zavisnost gustine vazduha od barometarskog pritiska i temperature

Za izotermni proces (T=const) iz formule (12) imamo:

(13)

(14)

Gdje k=s p /s ν je adijabatska konstanta gasa; c p je toplotni kapacitet gasa pri konstantnom pritisku; With ν - isto, sa konstantnom jačinom. Kompresibilnost gasova zavisi od prirode procesa promene stanja. Za izotermni proces:

(15)

Za adijabatski proces:

Iz izraza (15) proizlazi da je izotermna kompresibilnost atmosferskog zraka ~9,8∙10 4 Pa ​​(oko 1 atm), što je oko 20 hiljada puta veće od kompresibilnosti vode. Pošto zapremina gasa u velikoj meri zavisi od temperature i pritiska, zaključci dobijeni proučavanjem kapajućih tečnosti mogu se proširiti na gasove samo ako su, u granicama fenomena koji se razmatra, promene pritiska i temperature beznačajne. Značajne razlike u tlaku, koje uzrokuju značajnu promjenu gustine plinova, mogu se pojaviti kada se kreću velikom brzinom. Odnos između brzine fluida i brzine zvuka u njemu omogućava da se proceni potreba da se uzme u obzir kompresibilnost u svakom konkretnom slučaju. U praksi se gas može uzeti nestišljiv pri brzinama koje ne prelaze 100 m/s. Viskoznost tečnosti. Viskoznost je svojstvo tečnosti da se odupre smicanju. Sve stvarne tečnosti imaju određenu viskoznost, koja se manifestuje u obliku unutrašnjeg trenja tokom relativnog kretanja susednih čestica fluida. Uz lako pokretne tekućine (na primjer, voda, zrak), postoje vrlo viskozne tekućine čija je otpornost na smicanje vrlo značajna (glicerin, teška ulja, itd.). Dakle, viskoznost karakteriše stepen fluidnosti tečnosti ili pokretljivost njenih čestica. Neka tečnost teče duž ravnog zida u slojevima koji su paralelni sa njim (slika 2), kao što se vidi u laminarnom kretanju. Zbog usporavajućeg efekta zida, slojevi tekućine će se kretati različitim brzinama, čije se vrijednosti povećavaju s udaljenosti od zida.

Rice. 2 Raspodjela brzine za protok fluida duž čvrstog zida

Zamislite dva sloja fluida koji se kreću na daljinu Δu jedno od drugog. Layer A krećući se brzinom u , sloj AT - brzinom u + Δu . Zbog razlike u brzinama u jedinici vremena, sloj AT pomera u odnosu na sloj A za Δ u . Vrijednost Δ u je apsolutni pomak sloja A duž sloja B, i Δ u /Δ y je gradijent brzine (relativni pomak). Tangencijalni napon koji se pojavljuje tokom ovog kretanja (sila trenja po jedinici površine) će biti označen sa . Zatim, slično fenomenu smicanja u čvrstim tijelima, dobijamo sljedeći odnos između naprezanja i deformacije:

(17)

Ili, ako su slojevi beskonačno blizu jedan drugom,

(18)

Vrijednost µ , sličan koeficijentu smicanja u čvrstim tvarima i koji karakterizira otpor tekućine na smicanje, naziva se dinamičan ili apsolutno viskozitet. Postojanje relacije (18) prvi je ukazao Njutn, pa se zato naziva Njutnov zakon trenja. U međunarodnom sistemu jedinica, dinamička viskoznost se izražava u H s / m 2 ili Pa s. U tehničkom sistemu jedinica dinamička viskoznost ima dimenziju kgf∙s∙m -2. U CGS sistemu, pois (P) se uzima kao jedinica dinamičkog viskoziteta u znak sjećanja na francuskog doktora Poiseuillea, koji je proučavao zakone kretanja krvi u sudovima ljudskog tijela, jednak 1 g∙cm -1∙ s -1; 1 Pa s = 0,102 kgf s / m 2 = 10 P. Viskoznost tekućina uvelike ovisi o temperaturi; u ovom slučaju, viskoznost kapajućih tekućina opada s povećanjem temperature, a viskoznost plinova raste. To se objašnjava činjenicom da je priroda viskoznosti kapajućih tekućina i plinova različita. Kod gasova, prosečna brzina (intenzitet) toplotnog kretanja molekula raste sa porastom temperature, pa se time povećava i viskozitet. U kapanju tekućina, molekuli se ne mogu kretati, kao u plinu, u svim smjerovima, mogu samo oscilirati oko svoje prosječne pozicije. S povećanjem temperature povećavaju se prosječne brzine vibracijskih kretanja molekula, zbog čega se veze koje ih drže lakše savladavaju, a tekućina dobiva veću pokretljivost (smanjuje se njen viskozitet). Dakle, za čistu slatku vodu, ovisnost dinamičke viskoznosti o temperaturi određena je Poiseuilleovom formulom:

(19)

Gdje µ - apsolutni (dinamički) viskozitet tečnosti u P; t - temperatura u °C. Sa porastom temperature od 0 do 100 °C, viskoznost vode se smanjuje za skoro 7 puta (vidi tabelu 6). Na temperaturi od 20°C, dinamički viskozitet vode je 0,001 Pa∙s=0,01 P. Voda spada u najmanje viskozne tečnosti. Samo nekoliko tekućina koje se praktično koriste (npr. eter i alkohol) imaju nešto niži viskozitet od vode. Tečni ugljični dioksid ima najmanji viskozitet (50 puta manji od viskoziteta vode). Sva tečna ulja imaju mnogo veći viskozitet od vode (ricinusovo ulje na 20°C ima viskozitet 1000 puta veći od vode na istoj temperaturi). B stol. 1.7 prikazuje vrijednosti viskoziteta nekih tekućina.

Tabela 7

Kinematički i dinamički viskozitet kapajućih tečnosti (pri t=20°C)
Tečnost		ν∙10 4 , m 2 /s
Svježa voda
Glicerin bezvodni
kerozin (na 15°C)
Benzin (na 15°C)
ricinusovo ulje
Mineralno ulje
Ulje na 15°C
Bezvodni etil alkohol

Za određivanje vrijednosti dinamičke viskoznosti zraka u MKGSS sistemu koristi se Millikanova formula:

Što daje pri t = 15 ° C = 1,82 ∙ 10 -6 kgf s / m 2 (~ 1,82 ∙ 10 -5 Pa s). Dinamički viskozitet drugih gasova je otprilike istog reda veličine. Uz koncept apsolutne ili dinamičke viskoznosti, koncept kinematička viskoznost; što je odnos apsolutne viskoznosti prema gustini tečnosti:

(21)

Ova viskoznost se zove kinematička, pošto u njegovoj dimenziji nema jedinica sile. Zapravo, zamjenom dimenzije µ i ρ , dobijamo [ v]=[L 2 /T]. U međunarodnom sistemu jedinica, kinematička viskoznost se mjeri u m 2 / s; Jedinica za mjerenje kinematičke viskoznosti u CGS sistemu je Stokes (u čast engleskog fizičara Stokesa): 1 St = 1 cm 2 / s = 10 -4 m 2 / s. Stoti dio Stokesa naziva se centistokes (cSt): 1 m 2 / s = 1 ∙ 10 4 St = 1 ∙ 10 6 cCt. U tabeli. Slika 7 prikazuje numeričke vrijednosti kinematičke viskoznosti kapajućih tekućina; 3 - ovisnost kinematičke viskoznosti vode i industrijskog ulja o temperaturi. Za preliminarne proračune, vrijednost kinematičke viskoznosti vode v može se uzeti jednakim 0,01 cm 2 / s = 1,10 -6 m 2 / s, što odgovara temperaturi od 20 ° C.

Rice. 3 Ovisnost kinematičke viskoznosti vode i ulja o temperaturi

Kinematički viskozitet kapajućih tečnosti pri pritiscima koji se u praksi susreću u većini slučajeva (do 200 atm) vrlo malo zavisi od pritiska, a ova promena se zanemaruje u konvencionalnim hidrauličkim proračunima. Kinematički viskozitet gasova zavisi i od temperature i od pritiska, povećavajući se sa povećanjem temperature i opadajući sa povećanjem pritiska (tabela 8). Kinematički viskozitet vazduha za normalne uslove (temperatura 20°C, pritisak ~ 1at) v= µ/ ρ \u003d 1,57 ∙ 10 -5 m 2 / s, tj. oko 15 puta više nego za vodu iste temperature. Ovo se objašnjava činjenicom da nazivnik izraza za kinematičku viskoznost (21) uključuje gustinu koja je mnogo manja za gasove nego za kapajuće tečnosti. Da biste izračunali kinematičku viskoznost zraka pri različitim temperaturama i pritiscima, možete koristiti grafikon (slika 4).

Tabela 1.8

Vrijednosti kinematičke ν i specifične plinske konstante K za neke plinove
	ν∙10 4 , m 2 /s pri temperaturi u °C				R, J/(kg∙K)
					Federalni zakoni Ruske Federacije: “O obrazovanju” (od 10. jula 1992. br. 3266-1) i “O visokom i poslijediplomskom stručnom obrazovanju” (od 22. avgusta 1996. br. 125-FZ); Glavni obrazovni program visokog stručnog obrazovanja Smjer obuke 270800 Građevinarstvo (1) Glavni obrazovni program 1.1. Svrha (misija) BEP-a je priprema konkurentnog profesionalca koji je spreman za rad u oblastima vezanim za pružanje građevinarstva, kao i sposoban za dalje profesionalno samousavršavanje i kreativni razvoj.

Toplotna ekspanzija tečnosti je da ona može promijeniti svoj volumen s promjenom temperature. Ovu nekretninu karakterizira temperaturni koeficijent volumetrijskog širenja , predstavlja relativnu promjenu zapremine tečnosti sa promenom temperature po jedinici (za 1 o C) i pri konstantnom pritisku:

Po analogiji sa svojstvom stišljivosti tekućine možemo pisati

ili kroz gustinu

Promjena volumena s promjenom temperature nastaje zbog promjene gustine.

Za većinu tečnosti koeficijent  t opada sa povećanjem pritiska. Koeficijent  t sa smanjenjem gustine naftnih proizvoda od 920 prije 700 kg/m 3 povećava od 0,0006 prije 0,0008 ; za hidraulične tečnosti  t obično se uzima nezavisno od temperature. Za ove tečnosti, povećanje pritiska sa atmosferskog na 60 MPa dovodi do rasta  t za otprilike 10 – 20 % . Istovremeno, što je temperatura radnog fluida viša, to je povećanje veće  t . Za vodu sa porastom pritiska na temperaturama do 50 o C  t raste i na temperaturama iznad 50 o C smanjuje se.

Otapanje gasova

Otapanje gasova - sposobnost tečnosti da apsorbuje (otapa) gasove u dodiru sa njom. Sve tečnosti u određenoj meri apsorbuju i rastvaraju gasove. Ova nekretnina je karakterizirana koeficijent rastvorljivosti k R .

E Ako je tečnost u zatvorenoj posudi u kontaktu sa gasom pod pritiskom P 1 , tada će se gas početi rastvarati u tečnosti. Nakon nekog vremena

tečnost će biti zasićena gasom i pritisak u posudi će se promeniti. Koeficijent rastvorljivosti povezuje promenu pritiska u posudi sa zapreminom rastvorenog gasa i zapreminom tečnosti sledećim odnosom

gdje V G je zapremina rastvorenog gasa u normalnim uslovima,

V i je zapremina tečnosti,

P 1 i P 2 su početni i konačni tlak plina.

Faktor rastvorljivosti zavisi od vrste tečnosti, gasa i temperature.

Na temperaturi 20 ºS i atmosferskog pritiska, voda sadrži oko 1,6% rastvoreni vazduh po zapremini ( k str = 0,016 ). Sa porastom temperature od 0 prije 30 ºS smanjuje se koeficijent rastvorljivosti vazduha u vodi. Koeficijent rastvorljivosti vazduha u uljima na temperaturi 20 ºS je o 0,08 – 0,1 . Kiseonik ima veću rastvorljivost od vazduha, tako da je sadržaj kiseonika u vazduhu rastvorenom u tečnosti približno 50% viši od atmosferskog. Kada se pritisak smanji, gas se oslobađa iz tečnosti. Proces evolucije gasa teče intenzivnije od rastvaranja.

Kipuće

Vrenje je sposobnost tečnosti da pređe u gasovito stanje. Inače, ovo svojstvo tečnosti se naziva isparavanje .

Tečnost se može dovesti do ključanja podizanjem temperature na vrednosti veće od tačke ključanja pri datom pritisku, ili snižavanjem pritiska na vrednosti manje od pritiska pare zasićenja. str np tečnosti na datoj temperaturi. Formiranje mjehurića kada se tlak smanji na tlak zasićene pare naziva se hladno ključanje.

Tečnost iz koje je uklonjen gas otopljen u njoj naziva se degazirana. U takvoj tečnosti, ključanje se ne dešava čak ni na temperaturi višoj od tačke ključanja pri datom pritisku.

Kao i temperaturni koeficijent linearne ekspanzije, možete unijeti i primijeniti temperaturni koeficijent volumetrijskog širenja, koji je karakteristika promjene volumena tijela s promjenom njegove temperature. Empirijski je utvrđeno da se povećanje volumena u ovom slučaju može smatrati proporcionalnim promjeni temperature, ako se ne promijeni za vrlo veliku količinu. Koeficijent volumetrijske ekspanzije može se označiti na različite načine, ne postoji jedna oznaka. Često korištena notacija:

DEFINICIJA

Označimo volumen tijela na početnoj temperaturi (t) kao V, zapreminu tijela na konačnoj temperaturi kao , zapreminu tijela na temperaturi kao , tada koeficijent ekspanzije zapremine definirati u obliku formule:

Čvrste tvari i tekućine lagano povećavaju svoj volumen s povećanjem temperature, stoga se takozvani "normalni volumen" () na temperaturi ne razlikuje značajno od volumena na drugoj temperaturi. Stoga je u izrazu (1) zamijenjeno sa V, i ispada:

Treba napomenuti da je za gasove termičko širenje različito i da je zamena "normalnog" volumena sa V moguća samo za male temperaturne intervale.

Koeficijent ekspanzije zapremine i zapremina tela

Koristeći koeficijent proširenja volumena, možete napisati formulu koja vam omogućava da izračunate volumen tijela ako su poznati početni volumen i prirast temperature:

gdje . Izraz () se naziva binom proširenja volumena.

Toplotno širenje čvrstog tijela povezano je s anharmoničnošću toplinskih vibracija čestica koje čine kristalnu rešetku tijela. Kao rezultat ovih oscilacija, s povećanjem tjelesne temperature, povećava se ravnotežna udaljenost između susjednih čestica ovog tijela.

Koeficijent volumne ekspanzije i gustina tvari

Ako s konstantnom masom dođe do promjene volumena tijela, onda to dovodi do promjene gustine njegove tvari:

gdje je početna gustina i gustina supstance na novoj temperaturi. Pošto se vrijednost tada izraz (4) ponekad piše kao:

Formule (3)-(5) se mogu koristiti kada se tijelo zagrijava i kada se hladi.

Odnos zapreminskih i linearnih koeficijenata toplinskog širenja

Jedinice

Osnovna mjerna jedinica za koeficijent toplinske ekspanzije u SI sistemu je:

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježba	Koliki pritisak pokazuje živin barometar, koji se nalazi u prostoriji, ako je temperatura u prostoriji konstantna i jednaka t = 37 o C. Zapreminski koeficijent širenja žive je jednak Širenje stakla može se zanemariti.
Rješenje	Stvarni volumen žive u barometru bit će vrijednost V, koja se može naći prema izrazu: gdje je zapremina žive pri normalnom atmosferskom pritisku i temperaturu. Budući da se temperatura u prostoriji ne mijenja, onda možete koristiti Boyle-Mariotteov zakon i napisati da: Idemo kroz kalkulacije:
Odgovori	Pa

PRIMJER 2

Vježba

Kolika je razlika u nivoima tečnosti u dve identične komunikacione cevi ako lijeva cijev ima konstantnu temperaturu, a desna title="(!LANG:Rendered by QuickLaTeX.com" height="18" width="66" style="vertical-align: -4px;">). Высота жидкости в левой трубке равна (рис.1). Коэффициент объемного расширения жидкости равен . Расширение стекла моно не учитывать.!}

Kada se temperatura promijeni, dolazi do promjene veličine čvrste tvari, što se naziva toplinsko širenje. Postoje linearna i volumetrijska termička ekspanzija. Ove procese karakterišu koeficijenti termičkog (toplotnog) širenja: - prosječni koeficijent linearnog toplinskog širenja, prosječan koeficijent volumetrijskog toplinskog širenja.

DEFINICIJA

Koeficijent toplinske ekspanzije naziva se fizička veličina koja karakterizira promjenu linearnih dimenzija čvrstog tijela s promjenom njegove temperature.

Primijeniti, obično prosječni koeficijent linearne ekspanzije. Ovo je karakteristika toplinskog širenja materijala.

Ako je početna dužina tijela , - njegovo produženje s povećanjem tjelesne temperature za , tada se određuje formulom:

Koeficijent linearne elongacije je karakteristika relativnog izduženja (), koje se javlja s povećanjem tjelesne temperature za 1K.

Kako temperatura raste, volumen čvrste tvari se povećava. Kao prvu aproksimaciju, možemo pretpostaviti da:

gdje je početni volumen tijela, je promjena tjelesne temperature. Tada je koeficijent volumetrijskog širenja tijela fizička veličina koja karakterizira relativnu promjenu volumena tijela (), koja nastaje kada se tijelo zagrije za 1 K, a pritisak ostaje nepromijenjen. Matematička definicija koeficijenta zapreminskog širenja je formula:

Toplotno širenje čvrstog tijela povezano je s anharmoničnošću toplinskih vibracija čestica koje čine kristalnu rešetku tijela. Kao rezultat ovih oscilacija, s povećanjem tjelesne temperature, povećava se ravnotežna udaljenost između susjednih čestica ovog tijela.

Kada se volumen tijela promijeni, mijenja se i njegova gustina:

gdje je početna gustina i gustina supstance na novoj temperaturi. Pošto se vrijednost tada izraz (4) ponekad piše kao:

Koeficijenti toplinske ekspanzije ovise o tvari. Općenito, ovisit će o temperaturi. Koeficijenti toplinske ekspanzije smatraju se neovisnim o temperaturi u malom temperaturnom rasponu.

Postoji niz tvari koje imaju negativan koeficijent toplinskog širenja. Dakle, kako temperatura raste, takvi se materijali skupljaju. To se obično događa unutar uskog temperaturnog raspona. Postoje tvari u kojima je koeficijent toplinskog širenja gotovo jednak nuli oko određenog temperaturnog raspona.

Izraz (3) se ne koristi samo za čvrste materije, već i za tečnosti. Istovremeno, smatra se da se koeficijent toplinskog širenja za kapajuće tekućine ne mijenja značajno s temperaturom. Međutim, pri proračunu sistema grijanja to se uzima u obzir.

Odnos koeficijenata toplinskog širenja

Jedinice

Osnovna mjerna jedinica za koeficijente toplinske ekspanzije u SI sistemu je:

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježba

Za određivanje koeficijenta volumetrijskog širenja tekućina koriste se uređaji koji se nazivaju piknometri. To su staklene tikvice sa uskim grlom (sl. 1). Na vratu staviti oznake o kapacitetu posude (obično u ml). Kako se koriste piknometri?

Rješenje

Koeficijent volumne ekspanzije mjeri se na sljedeći način. Piknometar se puni ispitivanom tečnošću do izabrane oznake. Tikvica se zagreva, primećujući promenu nivoa supstance. Sa takvim poznatim vrijednostima kao što su: početni volumen piknometra, površina poprečnog presjeka kanala vrata tikvice, promjena temperature određuje udio početne zapremine tekućine koja je ušla u vrat tikvice. piknometar pri zagrevanju za 1 K. Treba uzeti u obzir da je koeficijent ekspanzije tečnosti veći od dobijene vrednosti, jer je došlo do zagrevanja i ekspanzije i tikvica. Stoga se za izračunavanje koeficijenta ekspanzije tekućine dodaje koeficijent ekspanzije tvari tikvice (obično stakla). Mora se reći da, budući da je koeficijent volumetrijskog širenja stakla znatno manji od koeficijenta tečnosti, u približnim proračunima, koeficijent ekspanzije stakla se može zanemariti.

PRIMJER 2

Vježba

Koje su karakteristike ekspanzije vode? Koji je značaj ovog fenomena?

Rješenje

Voda se, za razliku od većine drugih tekućih supstanci, širi kada se zagrije samo ako je temperatura iznad 4 o C. U temperaturnom opsegu, zapremina vode opada sa porastom temperature. Slatka voda ima maksimalnu gustinu. Za morsku vodu maksimalna gustina se postiže pri. Povećanje pritiska snižava temperaturu najveće gustine vode. Budući da je gotovo 80% površine naše planete prekriveno vodom, karakteristike njenog širenja igraju značajnu ulogu u stvaranju klime na Zemlji. Sunčeve zrake, koje padaju na površinu vode, zagrijavaju je. Ako je temperatura ispod 1-2 o C, tada zagrijani slojevi vode imaju veću gustinu od hladnih i tonu. Istovremeno, njihovo mjesto zauzimaju hladniji slojevi, koji se zauzvrat zagrijavaju. Dakle, dolazi do stalne promjene slojeva vode i to dovodi do zagrijavanja vodenog stupca, sve dok se ne postigne maksimalna gustina. Daljnji porast temperature dovodi do činjenice da gornji slojevi vode smanjuju svoju gustoću i ostaju na vrhu. Dakle, ispada da se veliki sloj vode prilično brzo zagrijava do temperature maksimalne gustine, a daljnji porast temperature je spor. Kao rezultat toga, duboka vodena tijela Zemlje sa određene dubine imaju temperaturu od oko 2-3 o C. Istovremeno, temperatura gornjih slojeva vode u morima toplih zemalja može imati temperaturu od oko 30 o C i više.