La conduzione è una modalità di trasferimento del calore che avviene quando due sostanze, o parti della stessa sostanza, a temperature diverse entrano in contatto diretto tra loro. La sostanza a temperatura più alta trasferisce la sua energia termica alla sostanza a temperatura più bassa finché entrambe le sostanze non raggiungono la stessa temperatura. A livello molecolare, la conduzione avviene attraverso il trasferimento di energia cinetica da particelle più energetiche (nella sostanza a temperatura più alta) a particelle meno energetiche (nella sostanza a temperatura più bassa).

La conduzione gioca un ruolo significativo nel trasferimento di calore all'interno dei solidi, dove gli atomi o le molecole sono strettamente imballati e possono facilmente scambiare energia termica. I metalli sono generalmente buoni conduttori di calore perché i loro atomi sono relativamente liberi di muoversi e trasportare calore. Al contrario, i non metalli e i gas sono cattivi conduttori di calore perché i loro atomi o molecole sono legati in modo più debole e hanno meno libertà di muoversi.

Nell'atmosfera la conduzione è limitata principalmente al trasferimento di calore tra la superficie terrestre e gli strati più bassi dell'aria a diretto contatto con essa. Poiché il sole riscalda la superficie terrestre durante il giorno, il terreno diventa più caldo dell'aria immediatamente sopra di esso. Questa differenza di temperatura crea un flusso di calore conduttivo, dove il calore dal suolo viene trasferito all'aria attraverso il contatto diretto. L'aria vicino alla superficie quindi sale a causa della sua ridotta densità, provocando correnti convettive.

Trasferimento di calore tramite convezione

La convezione è una modalità di trasferimento del calore che avviene attraverso il movimento di un fluido riscaldato (liquido o gas). Quando un fluido viene riscaldato, la sua densità diminuisce, facendolo aumentare. Quando il fluido meno denso e più caldo sale, viene sostituito da un fluido più fresco e denso proveniente dalle aree circostanti. Questo ciclo continuo di aumento del fluido riscaldato e abbassamento del fluido più freddo crea correnti di convezione.

Nell'atmosfera, la convezione è il meccanismo principale di trasferimento del calore dalla superficie terrestre agli strati superiori dell'atmosfera. Quando la superficie si riscalda a causa della radiazione solare, l'aria a contatto con essa assorbe calore e diventa meno densa. Quest'aria calda poi sale, trasportando il calore assorbito ad altitudini più elevate. Man mano che l'aria calda sale, si espande e si raffredda, facendo aumentare la sua densità. L'aria più fresca poi scende, rilasciando il calore immagazzinato nell'ambiente circostante.

La circolazione continua di aria calda che sale e di aria fresca che scende crea correnti convettive nell'atmosfera, che svolgono un ruolo vitale nella distribuzione del calore in modo più uniforme e nella regolazione della temperatura terrestre. Le correnti convettive contribuiscono anche alla formazione di nuvole, precipitazioni e altri fenomeni atmosferici.

Confronto tra conduzione e convezione

Sebbene sia la conduzione che la convezione coinvolgano il trasferimento di calore, differiscono nei loro meccanismi e nei mezzi attraverso i quali avvengono. La conduzione si basa sul contatto fisico diretto tra due sostanze, mentre la convezione implica il movimento di un fluido riscaldato. La conduzione è più efficace nel trasferire il calore all'interno dei solidi, mentre la convezione è più efficiente nel trasferire il calore all'interno dei fluidi (liquidi e gas).

Nell'atmosfera, la conduzione gioca un ruolo minore nel trasferimento di calore, soprattutto in prossimità della superficie terrestre. La convezione, d'altra parte, è la modalità dominante di trasferimento del calore nell'atmosfera, responsabile della circolazione dell'aria calda e dell'aria fredda, dei fenomeni meteorologici e della regolazione generale della temperatura terrestre.