A transferência de calor ocorre por três mecanismos principais: condução, onde as moléculas com vibração rigorosa transferem sua energia para outras moléculas com menor energia; convecção, na qual o movimento de volume de um fluido provoca correntes e redemoinhos que promovem a mistura e a distribuição de energia térmica; e radiação, onde um corpo quente emite energia que pode atuar sobre outro sistema através de ondas eletromagnéticas. Convecção e condução são os dois métodos mais proeminentes de transferência de calor em líquidos e gases.
Condução Geral
A condução geralmente ocorre em sólidos. Os fogões elétricos usam transferência de calor condutiva para levar uma panela de água para ferver: a energia térmica é transferida do queimador quente para a panela fria, fazendo com que a temperatura da água aumente. A condução acontece por causa da vibração das moléculas. Em uma substância sólida, os átomos, dispostos muito bem em estruturas semelhantes a treliças, têm muito pouca liberdade para se movimentar no espaço. À medida que o queimador aquece, os átomos do metal começam a vibrar cada vez mais rápido à medida que sua energia aumenta. Quando você coloca a panela fria de água no queimador, você está criando um gradiente de temperatura - um local para o calor fluir para. Como a energia flui das coisas quentes para as mais frias, os átomos vibrantes do queimador transferem parte de seu calor para os átomos que compõem o metal da sua panela de água. Isso faz com que os átomos do vaso vibrem, transferindo sua energia para a água.
Condução em Gases e Líquidos
A condução é mais comum aos sólidos, mas, em princípio, pode - e faz - acontecer em líquidos e gases, não muito bem. Como as moléculas dos fluidos têm uma maior liberdade de movimento que os sólidos, há menos chance de que as moléculas vibrantes colidam com as outras e transfiram energia por todo o fluido. Na verdade, o ar é um condutor tão ruim que é usado para ajudar a isolar casas. Algumas janelas energeticamente eficientes têm "espaços aéreos" entre eles que criam uma bolsa de ar entre o interior da casa e o ar frio do lado de fora. Como o ar não conduz muito bem o calor, mais calor permanece dentro de casa, já que o ar dificulta que essa energia térmica saia de casa.
Convecção
A convecção é de longe a mais forma eficiente e comum para o calor ser transferido através de líquidos e gases. Ocorre quando algumas regiões de um fluido ficam mais quentes do que outras, causando correntes no fluido que o movimentam para distribuir esse calor de maneira mais uniforme. Pense em uma casa no inverno. Você pode ter notado que o sótão é sempre muito quente, enquanto o porão é tipicamente legal. Isso acontece porque, quando o ar esquenta, ele se torna leve, fazendo com que ele se mova em direção ao teto. O ar frio é muito mais pesado e cai no chão. Conforme o ar quente se move para o teto e o ar frio cai, esses dois tipos de ar colidem e se misturam, fazendo com que o calor do braço quente seja transferido para o ar mais frio e distribuindo o calor por toda a sala.
Radiação ocorre quando um corpo fica quente o suficiente para emitir energia eletromagnética. O sol é um exemplo clássico de transferência de calor por radiação: está muito longe no espaço, mas é quente o suficiente para que você sinta o calor. Você sente esse calor por causa da radiação, e mesmo em um dia frio o sol parece quente. A energia eletromagnética pode viajar através do espaço vazio e pode fazer com que um objeto alvo aqueça de longe. A transferência de calor por radiação geralmente não ocorre em líquidos e gases.
