Le flux de chaleur fait référence au flux d’énergie thermique. Parfois appelé flux thermique, il s’agit du débit calculé d’énergie thermique à travers une surface spécifiée lorsqu’elle s’écoule d’un endroit à l’autre. Comme d’autres formes d’énergie, la chaleur s’écoule par conduction et convection dans le sens de la chute d’énergie potentielle – la température dans le cas de l’énergie thermique.
Lorsque les scientifiques mesurent le flux de chaleur, ils échantillonnent d’abord la température à deux endroits entre lesquels l’énergie thermique est transférée. La chaleur, comme toutes les formes d’énergie, circule du potentiel élevé vers le potentiel faible — de la température élevée à la température basse. Plus les atomes ou les molécules d’un milieu se déplacent et vibrent rapidement, plus la température de ce milieu est élevée et plus la pression forçant le flux vers des zones de moins de mouvement et de moins de pression. Le flux de chaleur, en réponse aux différences de température au fil du temps, équilibre la température et se rapproche d’un état dans lequel les températures cessent de varier et la chaleur cesse de circuler – un état connu sous le nom d’équilibre thermique.
Compte tenu d’un volume de fluide suffisamment important, tel qu’un liquide ou un gaz, le flux de chaleur se produit principalement par convection, par diffusion d’atomes et de molécules. La chaleur s’écoule des volumes où les particules se déplacent rapidement vers les volumes où les particules se déplacent lentement. Les particules fluides se déplacent vers les régions froides où il y a plus d’espace entre les particules se déplaçant plus lentement. Étant donné que les atomes ne peuvent pas se déplacer dans les solides, la chaleur est conduite par les vibrations des atomes ou des molécules dans leurs réseaux contraints, avec une distribution d’énergie supplémentaire due au mouvement des électrons libres. Étant donné que le mouvement des électrons libres est également une caractéristique de la conduction électrique, les bons conducteurs d’électricité sont également de bons conducteurs de chaleur.
Le flux de chaleur dû aux différences de température est appelé flux de chaleur sensible par opposition au flux de chaleur latente, qui fait référence au flux de chaleur dû aux changements de phase dans le milieu. Le flux de chaleur critique est la quantité de chaleur qui peut être pompée à travers une surface donnée dans un laps de temps donné, au cours de laquelle les caractéristiques d’écoulement du milieu changent – un changement d’état par exemple. Lorsqu’un matériau devient solide, il incorpore de l’énergie qui contraint sa structure en treillis. À un flux de chaleur critique, lorsqu’une certaine quantité de chaleur est pompée dans le matériau, celui-ci atteint son point de fusion ou sa température de transition gazeuse, et cette énergie de liaison est libérée sous forme de chaleur latente.