L'eau chaude et l'eau froide sont toutes deux des formes liquides de H2O, mais elles ont des densités différentes en raison de l'effet de la chaleur sur les molécules d'eau. Bien que la différence de densité soit faible, elle a un impact significatif sur les phénomènes naturels tels que les courants océaniques, où les courants chauds ont tendance à s'élever au-dessus des courants froids.
Densité de l'eau
L'eau froide est toujours plus dense que l'eau chaude; le changement de densité s'élève à environ 4 dixièmes d'un pour cent entre le point de congélation et 30 degrés Celsius (86 degrés Fahrenheit). Bien que petite, la différence permet à l'eau chaude de "flotter" au-dessus de l'eau froide, un phénomène qui se produit tous les jours dans les océans du monde.
Densité de l'eau chaude
La raison pour laquelle l'eau chaude est moins dense que l'eau froide est la chaleur elle-même. Lorsque de la chaleur est introduite dans l'eau (provenant d'une source comme le Soleil), ses molécules sont excitées par l'énergie. Ils commencent à se déplacer plus rapidement, alors quand ils se heurtent, ils rebondissent plus loin. L'espace accru entre les molécules en mouvement rapide diminue la densité.
Densité de l'eau froide
L'eau froide a une densité plus élevée que la chaude car ses molécules d'eau sont plus lentes; les vibrations et les mouvements sont plus lents et moins énergiques. Les molécules rebondissent et se bousculent moins, donc plus peuvent s'emboîter dans un espace plus petit. Parce qu'ils sont emballés plus étroitement, la densité de l'eau est plus grande.
Convection de l'eau
Parce que l'eau chaude est moins dense, lorsque le chaud et le froid se rencontrent, l'eau chaude monte vers le haut; les scientifiques appellent cela la « convection ». Ce processus crée parfois un cycle dans lequel l'eau à la surface d'un lac est chauffée pendant la journée, puis se refroidit et coule la nuit, créant une circulation lente et continue des profondeurs vers la surface et retour de nouveau.
Courants océaniques
Des masses d'eau chaude s'élèvent au-dessus de l'eau froide dans les océans du monde. Compte tenu des courants, l'eau tropicale chaude est transportée vers les pôles dans un mouvement comme un tapis roulant, avec des eaux froides en dessous. La division des températures s'appelle le thermoclimat. Le Gulf Stream est un exemple de ce phénomène, et ce cycle de remontée d'eau tropicale chaude affecte également le climat sur de vastes zones géographiques. Londres, par exemple, n'est pas aussi froide que Calgary, même si c'est la même latitude, car elle bénéficie du Gulf Stream. L'eau de l'océan ne se déplace pas toujours aussi paisiblement, cependant. Parfois, lorsque l'eau chaude et froide (et les masses d'air) se rencontrent, le résultat est une tempête ou même un ouragan.