Hőátadás, a fizikában egy olyan folyamat, amelynek során az energia hő formájában cserélődik különböző testek között, vagy ugyanazon test különböző, különböző hőmérsékletű részei között. Hőátadás konvekció, sugárzás vagy vezetés útján. Bár ez a három folyamat egyszerre mehet végbe, előfordulhat, hogy az egyik mechanizmus túlsúlyban van a másik kettővel szemben. Például a hőt egy ház falán keresztül elsősorban vezetéssel továbbítják, a gázégő fazékában lévő vizet nagyrészt konvekcióval melegítik fel, és a Föld szinte kizárólag sugárzás útján kap hőt a Naptól.
A hőt háromféleképpen lehet továbbítani: vezetéssel, konvekcióval és sugárzással. A vezetés a hő átadása szilárd tárgyon keresztül: ez okozza a póker fogantyújának felmelegedését, bár csak a hegye van a tűzben. A konvekció a meleg és a hideg molekulák cseréjével továbbítja a hőt: ez az oka annak, hogy a vízforralóban lévő víz egyenletesen melegszik, annak ellenére, hogy csak az alsó része érintkezik a lánggal. A sugárzás a hő átadása elektromágneses sugárzással (általában infravörös): ez a fő mechanizmus, amellyel a tűz felmelegíti a helyiséget.
Szilárd anyagokban a hőátadás egyetlen formája a vezetés. Ha egy fémrúd egyik végét úgy melegítjük, hogy megnő a hőmérséklete, akkor a hő vezetéssel továbbítja a hidegebb véget. A szilárd anyagokban a hővezetés pontos mechanizmusa nem teljesen ismert, de feltételezhetően részben annak köszönhető, hogy a szabad elektronok mozgatják az energiát, ha hőmérséklet-különbség van. Ez az elmélet megmagyarázza, hogy a jó elektromos vezetők miért is jó hővezetők. 1822-ben Joseph Fourier francia matematikus pontos matematikai kifejezést adott, amelyet napjainkban Fourier hővezetési törvényének neveznek. Ez a törvény kimondja, hogy a testen keresztüli hővezetés sebessége keresztmetszetenként arányos a testben fennálló hőmérsékleti gradienssel (a jel megváltozott).
Az arányossági tényezőt az anyag hővezetőképességének nevezzük. Az olyan anyagok, mint az arany, ezüst vagy réz, magas hővezető képességgel rendelkeznek, és jól vezetik a hőt, míg az olyan anyagok, mint az üveg vagy az azbeszt vezetőképessége több száz, sőt ezerszer alacsonyabb; nagyon rosszul vezetik a hőt, és szigetelőként ismertek. A mérnöki munkában meg kell tudni a szilárd anyag hővezetési sebességét, amelyben ismert hőmérséklet-különbség van. A megismerés nagyon összetett matematikai technikákat igényel, különösen akkor, ha a folyamat idővel változik; ebben az esetben tranziens hővezetésről beszélünk. Analóg és digitális számítógépek segítségével ezek a problémák már bonyolult geometriájú testek esetében is megoldhatók.
Ha egy folyadékban vagy gázban különbség van a hőmérsékleten, akkor a folyadék mozgása szinte biztosan bekövetkezik. Ez a mozgás a konvekciónak nevezett folyamattal továbbítja a hőt a folyadék egyik részéből a másikba. A folyadék mozgása lehet természetes vagy kényszerű. Ha folyadékot vagy gázt melegítenek, annak sűrűsége (térfogategységre eső tömeg) általában csökken. Ha a folyadék vagy gáz a gravitációs mezőben van, akkor a melegebb és kevésbé sűrű folyadék felemelkedik, míg a hidegebb és sűrűbb folyadék leereszkedik. Ezt a fajta mozgást, kizárólag a folyadék hőmérsékletének nem egyenletessége miatt, természetes konvekciónak nevezzük. Az erőltetett konvekciót úgy érik el, hogy a folyadékot nyomásgradiensnek vetik alá, ezáltal a folyadékmechanika törvényei szerint kényszerítik mozgását.
Tegyük fel például, hogy alulról felmelegítünk egy vízzel teli serpenyőt. Az aljához legközelebb eső folyadékot a serpenyőn keresztül vezetéssel átvitt hő melegíti. Tágulásával csökken a sűrűsége, ennek következtében a forró víz emelkedik, és a hidegebb folyadék egy része az aljára esik, ezáltal keringési mozgást indít el. A hűvösebb folyadékot vezetőképességgel melegítik fel, míg a fenti melegebb folyadék sugárzással elveszíti hőjének egy részét, és a fenti levegőbe továbbítja. Hasonlóképpen, egy függőleges gázzal töltött kamrában, például a dupla üvegezésű ablak két ablaktáblája közötti légkamrában, a külső üveg mellett a levegő - amely hidegebb? ereszkedik, miközben a belső panel közelében lévő levegő? melegebb? emelkedik, keringési mozgást produkálva.
A helyiség radiátorral történő fűtése nem annyira a sugárzástól függ, mint a természetes konvekciós áramoktól, amelyek miatt a meleg levegő a mennyezet felé emelkedik, és a helyiség többi részéből a hűvös levegő a radiátor felé áramlik. Mivel a forró levegő hajlamos emelkedni és a hideg levegő esik, a radiátorokat a talaj közelében kell elhelyezni (és a légkondicionálókat a mennyezet közelében) a maximális hatékonyság érdekében. Ugyanígy a természetes konvekció felelős a meleg víz és a gőz felszívódásáért a természetes konvekciós kazánokban, valamint a kémények huzatáért. A konvekció meghatározza a nagy légtömegek mozgását a föld felszínén, a szél hatását, a felhők, az óceáni áramlatok képződését és a hő átadását a Nap belsejéből a felszínére.
Az összes hullámhossz hozzájárulását a kibocsátott sugárzó energiához a test kibocsátó erejének nevezzük, és ez megfelel a test egységnyi területére és időegységére leadott energia mennyiségének. Amint Planck törvényéből kiderül, a felület kibocsátó ereje arányos abszolút hőmérsékletének negyedik teljesítményével. Az arányossági faktort Stefan-Boltzmann állandónak nevezik két osztrák fizikus, Joseph Stefan és Ludwig Boltzmann tiszteletére, akik 1879-ben és 1884-ben fedezték fel ezt az arányosságot a kibocsátó teljesítmény és a hőmérséklet között. Planck törvénye szerint minden anyag csak azért bocsát ki sugárzó energiát, mert abszolút nulla felett van a hőmérséklete. Minél magasabb a hőmérséklet, annál nagyobb a kibocsátott energia mennyisége. A sugárzás kibocsátása mellett minden anyag képes elnyelni azt. Ezért, bár egy jégkocka folyamatosan sugárzó energiát bocsát ki, megolvad, ha izzólámpával világítják meg, mert nagyobb mennyiségű hőt vesz fel, mint amennyit kibocsát.
Az átlátszatlan felületek elnyelik vagy visszaverhetik a beeső sugárzást. A matt és érdes felületek általában több hőt vesznek fel, mint a fényes és polírozott felületek, a fényes felületek pedig több sugárzási energiát tükröznek, mint a matt felületek. Továbbá a sok sugárzást elnyelő anyagok szintén jó kibocsátók; azok, amelyek sok sugárzást tükröznek és keveset vesznek fel, rossz kibocsátók. Emiatt a konyhai eszközöknek matt alja van a jó abszorpció érdekében, és a csiszolt falak a minimális emisszió érdekében, ezáltal maximalizálva a teljes hőátadást az edény tartalmába.
A hőátadási folyamatok mellett, amelyek növelik vagy csökkentik az érintett testek hőmérsékletét, a hőátadás fázisváltozásokat is eredményezhet, például olvadó jeget vagy forrásban lévő vizet. A gépészetben a hőátadási folyamatokat gyakran úgy tervezik, hogy kihasználják ezeket a jelenségeket. Például azokat az űrkapszulákat, amelyek nagyon nagy sebességgel térnek vissza a Föld légkörébe, hővédő pajzsokkal látják el, amelyek ellenőrzötten olvadnak az ablációnak nevezett folyamatban, hogy megakadályozzák a kapszula belsejének túlmelegedését. A légköri súrlódással keletkező hő legnagyobb részét a hővédő pajzs megolvasztására és nem a kapszula hőmérsékletének emelésére használják.