A energia térmica é a energia interna da matéria composta pelas energias cinética e potencial dos átomos e moléculas (partículas) de um objeto. A variação dessa energia térmica é denominada calor, que pode ocorrer por três mecanismos diferentes: condução, convecção e radiação térmica. Os dois primeiros estão associados à matéria diretamente e o último, às ondas eletromagnéticas, um fenômeno de modelagem bem mais complexa.
A transferência de energia térmica por condução ocorre pela interação entre partículas (matéria) de diferentes temperaturas. Esse processo é modelado pela lei de Fourier:
, sendo:
Caso a temperatura varie linearmente ao longo da direção especificada, a equação acima pode ser simplificada:
Em geral, bons condutores elétricos também apresentam altos valores de condutividade térmica:
Substância |
Condutividade térmica (W.K/m) |
| Alumínio | 237 |
| Cobre | 401 |
| Concreto | 1,4 |
| Madeira | 0,12 |
| Cobertor (fibra de vidro) | 0,046 |
| Água | 0,6 (à 300K) |
Neste caso, a energia é transferida por ondas eletromagnéticas (fótons). Diferente da transferência por condução, não há necessidade de matéria; portanto, ela pode ocorrer no vácuo.
A taxa de energia emitida por uma superfície de área A é dada pela lei de Stefan-Boltzmann:
, sendo:
Uma superfície com a emissividade máxima de 1,0 (limite máximo teórico) é chamada de radiador de corpo negro.
A taxa de absorção de energia por radiação térmica emitida pelo meio ambiente é muito semelhante à equação anterior:
, sendo:
Portanto, podemos concluir que a radiação emitida e absorvida do ambiente é proporcional à quarta potência da temperatura superficial e do meio ambiente, respectivamente, e que um bom irradiador também é um bom dissipador de energia térmica (pelo mecanismo de radiação térmica).
Esse mecanismo de transferência de energia térmica ocorre quando um fluido de temperatura entra em contato com uma superfície sólida
. O fenômeno é modelado pela lei de Newton:
, sendo: