La transferencia de calor se produce por tres mecanismos principales: la conducción, donde las moléculas que vibran rigurosamente transfieren su energía a otras moléculas con menor energía; convección, en la cual el movimiento masivo de un fluido causa corrientes y remolinos que promueven el mezclado y la distribución de la energía térmica; y radiación, donde un cuerpo caliente emite energía que puede actuar sobre otro sistema a través de ondas electromagnéticas. La convección y la conducción son los dos métodos más destacados de transferencia de calor en líquidos y gases.
Conducción general
La conducción se produce normalmente en los sólidos. Las partes superiores de las estufas eléctricas usan transferencia de calor conductiva para hacer hervir un recipiente de agua: la energía térmica se transfiere del quemador caliente al recipiente frío, lo que hace que la temperatura del agua aumente. La conducción ocurre debido a la vibración de las moléculas. En una sustancia sólida, los átomos, dispuestos muy fuertemente en estructuras reticulares, tienen muy poca libertad para moverse en el espacio. A medida que el quemador se calienta, los átomos en el metal comienzan a vibrar más y más rápido a medida que aumenta su energía. Cuando coloca la olla de agua fría en el quemador, está creando un gradiente de temperatura, un lugar para que fluya el calor. Como la energía fluye de las cosas calientes a las más frías, los átomos que vibran del quemador transfieren parte de su calor a los átomos que forman el metal de la olla de agua. Esto hace que los átomos de la olla vibren, transfiriendo su energía al agua.
Conducción en gases y líquidos
La conducción es más común a los sólidos, pero en principio puede, y lo hace, Sucede en líquidos y gases, simplemente no muy bien. Debido a que las moléculas de los fluidos tienen una mayor libertad de movimiento que en los sólidos, hay menos posibilidades de que las moléculas vibratorias colisionen con otras y transfieran energía a través del fluido. De hecho, el aire es un conductor tan pobre que se usa para aislar hogares. Algunas ventanas con ahorro de energía tienen "espacios de aire" entre ellas que crean una bolsa de aire entre el interior de la casa y el aire frío del exterior. Debido a que el aire no conduce el calor muy bien, más calor permanece dentro de la casa ya que el aire dificulta que esta energía térmica salga al exterior.
Convección
La convección es con mucho la más manera eficiente y común para que el calor se transfiera a través de líquidos y gases. Se produce cuando algunas regiones de un fluido se calientan más que otras, lo que provoca corrientes en el fluido que lo mueven para distribuir ese calor de manera más pareja. Piensa en una casa en invierno. Es posible que haya notado que el ático siempre está muy caliente, mientras que el sótano es generalmente frío. Esto sucede porque cuando el aire se calienta, se vuelve liviano y hace que se mueva hacia el techo. El aire frío es mucho más pesado y cae al piso. A medida que el aire caliente se desplaza hacia el techo y cae el aire frío, estos dos tipos de aire chocan y se mezclan, lo que hace que el calor del brazo caliente se transfiera al aire más frío y distribuya el calor por toda la habitación.
La radiación se produce cuando un cuerpo se calienta lo suficiente como para emitir energía electromagnética. El sol es un ejemplo clásico de transferencia de calor radiativo: está muy lejos en el espacio, pero está lo suficientemente caliente para que puedas sentir su calor. Sientes este calor debido a la radiación, e incluso en un día frío el sol se siente cálido. La energía electromagnética puede viajar a través del espacio vacío y puede hacer que un objeto objetivo se caliente desde muy lejos. La transferencia de calor radiativo no ocurre comúnmente en líquidos y gases.
