La convección natural es un tipo de transferencia de calor en el que fuerzas no humanas influyen en el enfriamiento y calentamiento de fluidos, como gases y líquidos. La transferencia de calor crea un ciclo llamado corriente de convección donde un fluido caliente es reemplazado por uno más frío. Todos los fluidos y la materia están hechos de pequeños bloques de construcción llamados átomos, que se agrupan en moléculas. El movimiento de estas moléculas es lo que hace que los fluidos suban o bajen.
La convección natural ayuda a explicar muchos de los sistemas naturales de la Tierra, como las corrientes oceánicas y las capas atmosféricas. Está en contraste con la convección forzada, que funciona con el mismo principio pero presenta una fuente de calor creada por dispositivos artificiales, como ventiladores de aire o agua que aceleran el ciclo de transferencia de calor. Tanto la convección forzada como la natural se pueden utilizar para fines específicos, como calentar viviendas o un suministro de agua municipal.
Cuando actúa sobre él una fuente de calor, como el sol o el calor subterráneo, los fluidos a menudo se elevan. Por ejemplo, cuando el sol calienta la superficie de la Tierra, el aire en el suelo casi siempre es más cálido que el aire más alto en el cielo. El calor expande los espacios entre las moléculas, aligerando el aire y elevándolo por encima de la superficie. A medida que el aire se aleja más del suelo caliente, las moléculas se enfrían y se comprimen. Este aire más frío y pesado es empujado hacia abajo por la gravedad, donde se calienta nuevamente y comienza el ciclo nuevamente.
Las corrientes oceánicas también se crean debido a la convección natural, combinada con cambios en el viento y la densidad del agua salada. Los vientos fríos que pasan sobre la superficie del agua hacen que las moléculas se compriman y se hundan hacia el fondo del océano. A medida que el agua se acerca al ecuador, se calienta y vuelve a subir. Esto crea corrientes oceánicas masivas que fluyen a lo largo de las costas continentales y afectan el clima en las regiones terrestres circundantes.
Por lo general, un componente importante de la convección natural es la ley de enfriamiento de Newton. Esta ley científica establece que la velocidad a la que una sustancia pierde calor está directamente relacionada con la temperatura del objeto que actúa sobre ella. En otras palabras, cuanto más frío esté el objeto, más calor perderá el fluido. Un ejemplo de esta ley en acción es el efecto de agregar cubitos de hielo a una bebida: un cubo solo quitará una pequeña porción de calor, pero un puñado enfriará la bebida mucho más rápido.