La transferencia de calor ocurre por tres mecanismos principales: conducción, donde las moléculas que vibran rigurosamente transfieren su energía a otras moléculas con menor energía; convección, en la que el movimiento masivo de un fluido provoca corrientes y remolinos que promueven la mezcla y la distribución de 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 ocurre típicamente en sólidos. Las encimeras de las estufas eléctricas utilizan transferencia de calor por conducción para llevar a ebullición una olla de agua: la energía térmica se transfiere del quemador caliente a la olla fría, lo que hace que aumente la temperatura del agua. La conducción ocurre debido a la vibración de las moléculas. En una sustancia sólida, los átomos, dispuestos de forma muy ajustada en estructuras enrejados, tienen muy poca libertad para moverse en el espacio. A medida que el quemador se calienta, los átomos del metal comienzan a vibrar cada vez más rápido a medida que aumenta su energía. Cuando coloca la olla de agua fría sobre el quemador, está creando un gradiente de temperatura, un lugar al que fluye el calor. Dado que la energía fluye de las cosas calientes a las más frías, los átomos vibrantes 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 en los sólidos, pero en principio puede ocurrir, y sucede, en líquidos y gases, pero 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 en vibración choquen con otras y transfieran energía a través del fluido. De hecho, el aire es un conductor tan deficiente que se utiliza para ayudar a aislar los hogares. Algunas ventanas de bajo consumo 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 muy bien el calor, queda más calor dentro de la casa, ya que el aire dificulta que esta energía térmica salga al exterior.
Convección
La convección es, con mucho, la forma más eficiente y común de transferir calor a través de líquidos y gases. Ocurre cuando algunas regiones de un fluido se calientan más que otras, provocando corrientes en el fluido que lo mueven para distribuir ese calor de manera más uniforme. Piense en una casa en invierno. Es posible que haya notado que el ático siempre está muy cálido, mientras que el sótano suele estar fresco. Esto sucede porque cuando el aire se calienta, se vuelve ligero y hace que se mueva hacia el techo. El aire frío es mucho más pesado y cae al suelo. A medida que el aire caliente se mueve hacia el techo y el aire frío cae, estos dos tipos de aire chocan y se mezclan, causando el calor del brazo caliente para transferirlo al aire más frío y así distribuir el calor por toda la habitación.
Radiación
La radiación ocurre cuando un cuerpo se calienta lo suficiente como para emitir energía electromagnética. El sol es un ejemplo clásico de transferencia de calor por radiación: está muy lejos en el espacio, pero hace suficiente calor para que usted sienta 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 lejos. La transferencia de calor radiativa no ocurre comúnmente en líquidos y gases.