La trasmissione di calore avviene quando esiste un gradiente di temperatura all’interno di un sistema oppure quando due sistemi a temperatura diversa vengono posti in contatto. La grandezza in transito è il calore che come il lavoro, produce una variazione dell’energia interna di un sistema. La branca della scienza che si occupa delle relazioni tra il calore e le altre forme di energia è la termodinamica, basata su due principi:

• il primo principio della termodinamica afferma sostanzialmente che l’energia non può essere creata né distrutta, ma solo trasformata da una forma all’altra: questo principio governa quantitativamente ogni trasformazione di energia, ma non pone alcuna restrizione al verso della trasformazione;
• il secondo principio della termodinamica afferma invece che non è possibile alcuna trasformazione il cui unico risultato sia il passaggio di calore da una regione a temperatura minore verso una regione a temperatura maggiore.

Tutti i processi di trasmissione del calore comportano lo scambio e la conversione di energia e devono quindi obbedire al primo ed al secondo principio della termodinamica.

Lo “scambio termico” può essere semplicemente definito come la trasmissione di energia da una regione ad un’altra, dovuta ad una differenza di temperatura. Lo scambio termico non è regolato da un’unica relazione, ma piuttosto da una combinazione di diverse leggi fisiche indipendenti. In genere, consideriamo tre differenti modalità di trasmissione del calore:

• conduzione;
• irraggiamento;
• convezione.

Solo i primi due dovrebbero essere classificati come processi di scambio termico, in quanto dipendono dalla semplice esistenza di una differenza di temperatura. La convezione, invece, dipende anche dal trasporto di materia: d’altra parte, dato che la convezione comporta comunque la trasmissione di energia da regioni a temperatura superiore verso regioni a temperatura inferiore, si usa l’espressione “scambio termico per convezione”. Nella maggior parte dei fenomeni naturali, il calore fluisce secondo più meccanismi contemporaneamente. È dunque molto importante saper valutare l’importanza relativa delle varie forme di trasmissione del calore, poiché nella pratica, quando un meccanismo è predominante, possono effettuarsi utili approssimazioni trascurando gli altri.