La convezione termica è un processo mediante il quale il calore viene trasferito tramite un oggetto che viene riscaldato. Questo è più comunemente visto nei liquidi e nei gas e può essere facilmente dimostrato usando l’aria come esempio. Rappresenta uno dei principali modi in cui il calore si muove, con la conduzione e la radiazione che sono anche modi comuni per trasportare il calore.
Scientificamente parlando, la freddezza non è quantificabile; c’è semplicemente più calore o meno calore. Pertanto, la convezione termica non riguarda semplicemente il movimento di oggetti caldi. Riguarda il modo in cui la temperatura nel suo insieme cerca di moderarsi, sia per l’ambiente circostante, sia per gli oggetti che la fanno riscaldare. In base alla progettazione, il movimento di gas e liquidi più caldi e più freddi provoca una moderazione generale, anche se un equilibrio perfetto potrebbe non essere mai raggiunto.
Il principio della convezione termica può essere facilmente visto aprendo la porta di un forno riscaldato. Quando si apre la porta, dal forno si alza immediatamente un getto d’aria calda. Se si mettesse una piccola bandiera alla base del forno, la bandiera ondeggerebbe nella direzione del forno mentre l’aria fredda si riempie mentre l’aria calda sale. Quando quell’aria più fresca viene riscaldata, aumenterà anche.
L’aria che sale sposta l’aria più fresca sopra di essa, spesso forzandola di lato e infine verso il basso. Quell’aria rimarrà a quel livello più basso finché non verrà riscaldata e comincerà a salire di nuovo. Questo processo di flusso di calore si ripete finché la fonte di calore non viene neutralizzata e la temperatura in tutta l’area è costante. Se ciò non accade, il processo continuerà a tempo indeterminato.
Il processo si vede anche nell’acqua e non è sempre utile. Ad esempio, se la superficie di un lago si raffredda rapidamente, l’acqua sottostante, che è più calda, si solleva. Con questa risalita può venire la materia morta, come le alghe, che erano state lentamente in decomposizione sul fondo del lago. Essendo esposta all’aria e alla luce solare, la materia in decomposizione aumenta il suo tasso di decomposizione e potrebbe privare il lago di ossigeno. Quindi, in questo esempio, la convezione termica è responsabile in modo indiretto di gravi danni a un ecosistema vivente.
Nonostante l’esempio precedente, la convezione termica è generalmente considerata un fenomeno utile. La maggior parte dei forni e delle fornaci funziona secondo i principi associati alla convezione termica, rendendo così più confortevole la vita della maggior parte delle persone. Inoltre, la moderazione della temperatura in un ecosistema è spesso molto utile per le forme di vita che vivono nel sistema. È anche una delle principali forze trainanti del tempo.