La transferencia de energía térmica de un área caliente a un área fría se conoce como flujo de calor. Esto ocurre cuando un determinado objeto o material se encuentra a una temperatura diferente a la de los objetos circundantes. El principio detrás de este proceso implica el hecho de que el equilibrio térmico debe ocurrir entre los objetos, también conocido como la segunda ley de la termodinámica. En esencia, cuando existe una diferencia de temperatura entre los materiales, el flujo de calor solo puede ralentizarse, no detenerse.
El flujo de calor se basa en gran medida en el concepto de conducción. Básicamente, la transferencia de energía térmica se basa en la difusión de electrones libres. Para que el calor se mueva de un objeto o material a otro, los átomos adyacentes vibran entre sí. Esto es causado por los electrones que se mueven de un átomo a otro. En términos de líquidos, las moléculas están más separadas, razón por la cual la energía térmica se transfiere a un ritmo más lento cuando este estado de la materia está presente.
La convección también es importante para el flujo de calor. Esto ocurre cuando un objeto sólido o una superficie se encuentra cerca de un gas o líquido. La tasa de transferencia térmica aumenta a medida que el movimiento se mueve más rápido. Existen dos tipos diferentes de convección dentro de las leyes de la termodinámica: natural y forzada. Las fuerzas de flotación debido a las variaciones de densidad del gas o líquido ocurren naturalmente, mientras que la convección forzada es en respuesta a un método artificial como una bomba o un ventilador.
Cuando el calor se transfiere de los materiales a través de un espacio vacío, el concepto se conoce como radiación. Esto ocurre para todos los objetos por encima del cero absoluto, incluso aquellos ubicados dentro de un vacío perfecto. Por ejemplo, la radiación del Sol viaja a través del vacío del espacio antes de impactar la Tierra y otros planetas.
Sir Isaac Newton estableció el principio general de termodinámica y flujo de calor. La ley del enfriamiento establece que «la tasa de pérdida de calor de un cuerpo es proporcional a la diferencia de temperaturas entre el cuerpo y su entorno o medio ambiente». Esto se puede observar analizando los alimentos. Por ejemplo, cuando se saca un pastel del horno y se coloca en una ventana fría, la tasa de pérdida de calor está determinada por la temperatura del aire.
Un efecto secundario interesante del flujo de calor puede ocurrir cuando el vapor cambia a su fase líquida. Este proceso, conocido como condensación, se basa en el cambio de la forma gaseosa de un líquido. Esto se ve en la naturaleza en forma de niebla o en un vaso frío en un día caluroso.