Nei fluidi, caratterizzati da una bassa conducibilità termica, il meccanismo principale di trasmissione del calore è la convezione. Essa consiste nello spostamento di materia dalle zone a temperatura maggiore a quelle a temperatura minore e viceversa.
Questo meccanismo non è presente nei solidi a causa dei forti legami tra le molecole; nei fluidi, invece, le molecole sono legate in modo più debole e, pertanto, per effetto della spinta di Archimede, le molecole più calde che si trovano nella parte inferiore del liquido (si pensi all’acqua contenuta in una pentola posta sul fornello) il fluido caldo, meno denso di quello freddo a causa di un aumento del volume occupato dalle molecole, tende a risalire in superficie prendendo il posto delle particelle di fluido più fredde e dense che invece tendono a scendere in profondità.
Si generano, così, delle vere e proprie correnti convettive ascensionale e discensionali tramite le quali il calore viene trasportato insieme con la materia. Queste correnti non sono presenti quando il liquido viene riscaldato dall’alto, in tal caso il calore si propaga molto più lentamente poiché il meccanismo di propagazione del calore è essenzialmente quello di conduzione. La convezione dovuta soltanto alle differenze di densità tra i diversi strati è detta naturale, mentre quella legata alla presenza di una pompa o di un ventilatore che favorisce il moto delle correnti convettive è detta forzata.
Nella convezione la quantità di calore che si trasmette dipende oltre che dalla differenza di temperatura tra le diverse parti del fluido, anche dalla densità dello stesso e dalla sua viscosità; quest’ultima grandezza determina, in particolare, la resistenza allo scorrimento dei vari strati di fluido e condiziona la velocità dei moti convettivi.
La convezione è un processo molto comune nell’esperienza quotidiana e, in particolare, gioca un ruolo fondamentale in alcuni fenomeni atmosferici, come il vento, e nelle correnti marine, ed è presente in alcuni fenomeni di propagazione del calore nel sole o nella parte interna della terra. Inoltre il fenomeno della convezione trova applicazione nella costruzione di impianti di riscaldamento a termosifoni, nei quali la circolazione dell’acqua all’interno dei tubi e la trasmissione del calore all’ambiente è regolata da moti convettivi.
