Il flusso di calore si riferisce al flusso di energia termica. A volte chiamato flusso termico, è la portata calcolata di energia termica attraverso una superficie specificata mentre scorre da un luogo all’altro. Come altre forme di energia, il calore fluisce per conduzione e convezione nella direzione della potenziale caduta di energia: la temperatura nel caso dell’energia termica.
Quando gli scienziati misurano il flusso di calore, misurano prima la temperatura in due punti tra i quali viene trasferita l’energia termica. Il calore, come tutte le forme di energia, scorre dall’alto al basso potenziale, dall’alta alla bassa temperatura. Più velocemente gli atomi o le molecole di un mezzo si muovono e vibrano, maggiore è la temperatura di quel mezzo e maggiore è la pressione che forza il flusso verso aree di minor movimento e minore pressione. Il flusso di calore, in risposta alle differenze di temperatura nel tempo, bilancia la temperatura e si avvicina a uno stato in cui le temperature cessano di variare e il calore cessa di fluire, uno stato noto come equilibrio termico.
Dato un volume di fluido sufficientemente grande, come un liquido o un gas, il flusso di calore avviene principalmente per convezione, per diffusione di atomi e molecole. Il calore fluisce da volumi in cui le particelle si muovono rapidamente a volumi in cui le particelle si muovono lentamente. Le particelle fluide si spostano nelle regioni fredde dove c’è più spazio tra le particelle che si muovono più lentamente. Poiché gli atomi non possono muoversi nei solidi, il calore è condotto dalle vibrazioni degli atomi o delle molecole nei loro reticoli vincolati, con un’ulteriore distribuzione di energia dovuta al movimento degli elettroni liberi. Poiché il movimento degli elettroni liberi è anche una caratteristica della conduzione elettrica, buoni conduttori di elettricità sono anche buoni conduttori di calore.
Il flusso di calore dovuto alle differenze di temperatura è chiamato flusso di calore sensibile in contrasto con il flusso di calore latente, che si riferisce al flusso di calore dovuto ai cambiamenti di fase nel mezzo. Il flusso di calore critico è la quantità di calore che può essere pompata attraverso una data superficie in un dato lasso di tempo, in cui le caratteristiche di flusso del fluido cambiano, ad esempio un cambiamento di stato. Quando un materiale diventa solido, incorpora energia che vincola la sua struttura reticolare. Al flusso di calore critico, quando una certa quantità di calore viene pompata nel materiale, raggiunge il suo punto di fusione o temperatura di transizione del gas e questa energia di legame viene rilasciata come calore latente.