O processo de transferência de calor ocorre quando há dois ou mais sistemas, com diferentes temperaturas, em contato e cessa quando esses sistemas adquirirem a mesma temperatura, pois atingiram o equilíbrio térmico.
A propagação de calor entre os corpos pode ocorrer de três maneiras:
Quando tocamos a madeira da porta e a maçaneta temos a sensação que a maçaneta está mais fria que a madeira, porque a quantidade de calor trocada entre a mão e o metal da maçaneta é maior que a quantidade de calor trocada entre a mão e a madeira. Isto ocorre porque o metal da maçaneta é melhor condutor de calor do que a madeira da porta.
Se você segurar uma barra de um metal qualquer sobre uma chama, após alguns minutos irá sentir que a temperatura da barra está aumentado e, dependendo do metal, em um pouco mais de tempo você terá que largar a barra, se não quiser queimar sua mão.
Os sólidos possuem os elétrons externos fracamente ligados, sendo que nos metais, esses elétrons estão mais fracamente ligados ainda e são livres para transportar energia através de colisões no metal e por isso os metais são chamados bons condutores de calor. Já os materiais, como a madeira e a cortiça, possuem seus elétrons externos fortemente ligados, o que não permite uma boa propagação de calor e por isso são chamados de isolantes.
substâncias a 20oC coeficiente de condutividade térmica (cal/s.m.oC)
aço 1,1x10-2
água 0,015x10-2
alumínio 4,9x10-2
ar 5,7x10-6
cerâmica 0,011x10-2
cobre 9,2x10-2
ferro 1,6x10-2
gelo (0oC) 4x10-4
madeira 2x10-5
ouro 7x10-3
prata 9,7x10-2
vidro comum 2x10-4
É o que ocorre, por exemplo, com a água em uma panela no fogo. A fonte de calor - a chama - aquece a água da parte inferior, que se torna menos densa e sobe devido ao empuxo, enquanto a água da parte superior, que está mais densa que a de baixo, desce. Assim, uma corrente de massa de água se forma no interior da panela e ocorre o que chamamos de deslocamento de camadas ou de massa de fluido, no caso a água. E essa corrente de convecção irá ocorrer enquanto houver diferença de temperatura entre as moléculas do fluido.
Também afetam o clima. As correntes de ar que se movimentam das regiões mais aquecidas e de baixa pressão para as regiões mais frias e de alta pressão. Quando correntes de ar colidem - como as que movem-se das regiões polares em direção ao Equador e as correntes em sentido inverso, chamadas de tropicais, que em geral são quentes e úmidas - ocorrem tempestades. Essas massas de ar, quentes e frias são as chamadas frentes quentes e frias.
Alguns eletrodomésticos também funcionam com base na convecção do calor. No refrigerador, por exemplo, o congelador fica na parte superior para que as correntes de ar, circulem de cima para baixo, resfriando o interior.
Na geladeira, ar em contato com a serpentina, próxima ao congelador, se torna mais frio, mais denso e desce, e ao atingir a parte inferior já está menos frio e portanto, menos denso, logo torna a subir, gerando a corrente de convecção. E para facilitar esse processo de resfriamento é necessário que as prateleiras sejam vazadas e que não sejam forradas, pois isso dificultaria a passagem do ar. Além disso, é por este motivo que a gaveta de verduras que não precisam ser muito frias, ficam na parte inferior e a gaveta de carnes, fica na parte superior.
Da mesma forma que o congelador na geladeira, o ar condicionado, para produzir melhor resfriamento deve ser instalado na parte superior das paredes, porque o ar frio sai para cima e como é denso, desce, enquanto que o ar mais quente sobe, e então a refrigeração do ambiente é mais eficiente. Para produzir aquecimento, com um ar condicionado ou lareira, o ideal é instalar próximo ao solo.
E agora vejamos uma demonstração e alguns experimentos: CONVECÇÃO I, II e III.
A radiação térmica é uma onda eletromagnética e está relacionada com a radiação luminosa. Por exemplo, um pedaço de ferro quando possui sua temperatura elevada passa a emitir luz, que passa da vermelha, pela laranja, amarela até a branca emitindo calor. Podemos observar fenômeno semelhante quando acendemos uma lâmpada incandescente. O filamento de tungstênio modifica sua cor enquanto sua temperatura aumenta.
Os corpos bons emissores e absorvedores de radiação são chamados corpos negros.
Um corpo negro não precisa ser de cor preta. Por exemplo, quando olhamos a janela de um prédio distante, ele nos parece escuro, mesmo se suas paredes estão pintadas de branco, então a janela é considerada por nós um corpo negro. Esses corpos absorvem calor mais rapidamente do que os corpos claros e também emitem mais calor do que estes.
O físico austríaco Josef Stefan (esquerda) verificou experimentalmente e formulou uma lei sobre a emissão da energia radiante de um corpo negro e o físico Ludwig Boltzmann (direita) deduziu essa mesma lei que hoje chamamos de LEI DE STEFAN-BOLTZMANN que diz que o poder de emissão de um corpo negro é diretamente proporcional à quarta potência de sua temperatura absoluta, ou seja, a energia irradiada na unidade de tempo, por unidade de área - E - é proporcional a temperatura - T - da seguinte forma: onde a constante de proporcionalidade vale 5,67x10-8W/m2K4.
Um efeito da emissão de radiação está no que chamamos "EFEITO ESTUFA".
O efeito estufa na Terra ocorre quando a temperatura da superfície da Terra aumenta quando os fluxos de energia provenientes do Sol e da própria superfície são absorvidos por gases, como dióxido de carbono e metano.