Le rayonnement, la convection et la conduction sont trois façons différentes par lesquelles la chaleur peut être transférée. La convection et la conduction nécessitent de la matière pour transférer de la chaleur. Le rayonnement transfère la chaleur à travers l’espace sous forme d’énergie, sous forme d’ondes. Bien que ces trois méthodes de transfert de chaleur impliquent des principes différents, elles peuvent toutes être comprises sur la base de la physique de la chaleur ou de l’énergie thermique.
La matière est constituée de particules qui interagissent entre elles pour transférer de l’énergie thermique. Lorsqu’un matériau à température plus élevée entre en contact avec un matériau à température plus basse, la chaleur s’écoule du matériau le plus chaud vers le matériau le plus froid. Ce processus se poursuivra jusqu’à ce que les deux matériaux soient à la même température et aient atteint un état d’équilibre thermique.
En conduction, un morceau de matière plus chaud entre en contact avec un morceau de matière plus froid, et la chaleur s’écoule de la région la plus chaude vers la région la plus froide. La chaleur est conduite parce que les particules se déplaçant rapidement de la matière plus chaude transfèrent de l’énergie aux molécules plus froides et plus lentes de la matière plus froide. La capacité d’un matériau à conduire la chaleur dépend de sa structure moléculaire et de sa consistance. Par exemple, les métaux sont de meilleurs conducteurs de chaleur que le bois, et les solides sont de meilleurs conducteurs de chaleur que les liquides.
La convection transfère la chaleur sur la base d’un principe différent de mouvement des particules. Lorsque les particules possèdent une grande quantité d’énergie thermique, cette énergie les fait se déplacer plus rapidement et s’étaler, rendant le matériau moins dense. Les particules dans une région plus froide ont moins d’énergie et se déplacent lentement, conduisant à une plus grande densité. Dans les fluides et les gaz, ce principe se traduit par des régions plus froides du matériau qui s’enfoncent vers le bas, tandis que des régions plus chaudes montent vers le haut.
Un courant est formé par la circulation de fluide ou de gaz dans ce schéma. C’est ce qu’on appelle un courant de convection. Dans l’atmosphère, par exemple, l’air froid descend tandis que l’air chaud monte, produisant une circulation.
La troisième méthode de transfert de chaleur, le rayonnement, ne nécessite aucune matière et ne dépend pas de l’interaction des particules. Un exemple est le rayonnement solaire. La chaleur du soleil atteint la terre malgré un voyage dans le vide de l’espace. Dans le cas du rayonnement, l’énergie thermique existe sous forme d’ondes. C’est un type de rayonnement électromagnétique, comme la lumière visible.
Les atomes absorbent l’énergie du rayonnement à travers leurs électrons, qui utilisent l’énergie pour se déplacer vers un niveau supérieur au sein de l’atome. Cette énergie peut être émise à nouveau lorsque l’électron retombe à son niveau d’origine. La température d’un objet en présence de rayonnement dépend de la quantité d’énergie qu’il absorbe par rapport à la quantité d’énergie qu’il émet, de sorte qu’un objet qui absorbe plus d’énergie qu’il n’en émet augmentera de température.