A hőterjedésnek (hőátadásnak) három különböző mechanizmusa, módja van:
- Hővezetés (kondukció)
- Hőáramlás (konvekció)
- Sugárzás (radiáció)
1. Hővezetés (kondukció)
Ilyenkor az anyag részecskéi (atomjai, ionjai, molekulái) a szüntelen hőmozgásuk miatt meglökik a szomszédos részecskét, ezzel energiát adnak át neki. Tehát a hővezetés elemi aktusa rövid hatótávolságú; persze sok-sok kis lépésben hővezetéssel is eljuthat nagyobb (makroszkopikus) távolságba a hő.
Hővezetés minden anyagban van, de míg a szilárd anyagokban ez a fő hőátadási mód, addig a folyadékokban és gázokban a hőáramlás nagyobb jelentőségű a hővezetésnél. Anyag jelenléte nélkül (például mesterségesen vákuumozott térrészben illetve a világűrben) nincs hővezetés.
Az egyes szilárd anyagok hővezetőképessége igen eltérő; a fémek általában jó hővezetők, mert a bennük lévő szabad (vezetési, delokalizált) elektronok a környező atomokkal ütközve könnyedén fel tudnak venni energiát, és elszállítva távolabb le is tudják azt adni újabb ütközés révén. Az elektromosan szigetelő anyagok (üveg, műanyagok) pont amiatt rossz hővezetők, mert nincsenek bennük könnyen (szabadon) mozgó elektronok, amik ezt a mechanizmust biztosítanák. A fémek hővezetőképessége azonban kb. 10-szeres eltéréseket is mutathat. Minél jobb elektromos vezető egy szilárd anyag, annál jobb a hővezetőképessége is: a legjobb elektromos vezető fémek (ezüst, vörösréz) nagyjából 6-10-szer jobb hővezetők is, mint a rossz elektromos vezető vas illetve acél.
Példák:
- a meleg vizet szállító cső átmelegszik
- a járművek robbanómotorjának fém blokkja a belül zajló égéstől átmelegszik
- az épületek szilárd falai folyamatosan vezetik a hőt a melegebb oldal felől a hidegebb oldal felé, ugyanígy a hűtőszekrények oldalfalai is
- a fejlődő (veszteségi) hő elvezetését a készülékre erősített hővezető fémtárggyal segíthetjük (ha nincs szükség nagyon nagy mennyiségű hő elvezetésére és/vagy nem akarunk meghibásodássi lehetőséget; ellenkező esetben léghűtés, vízhűtés, olajhűtés a megoldás)
Amikor a szobában lévő tárgyakat megérintjük, némelyeket hidegebbnek, másokat langyosabbnak érezzük, pedig mindegyik ugyanúgy szobahőmérsékletű!
Egy fémtárgyat (például az iskolapad vas lábát) kimondottan hidegnek érezzük, míg a fa, szövet vagy műanyag tárgyakat kevésbé érezzük hidegnek a megérintésükkor.
A jelenség hátterében az eltérő hővezetés áll. A kezünk nem a tárgy hőmérsékletét érzékeli, hanem a saját hőmérsékletét. Ha a kezünk hőmérséklete szinte nem változik, akkor nem érzünk semmit, ha csökkent, akkor hidegebbnek érezzük stb. A szobában általában a testhőmérsékletünknél $(36,6\ \mathrm{{}^\circ C})$ hidegebb van, így a megérintett tárgyak is ennél alacsonyabb hőmérsékletűek (még akkor is, ha a kezünk valójában kissé hidegebb; a $36,6\ \mathrm{{}^\circ C}$ a belső testhőmérséklet). Érintkezéskor tehát általában a kezünk a melegebb, a megfogott tárgy pedig a hidegebb. Emiatt a hő spontán módon a kezünkről a tárgyra áramlik. Amikor egy viszonylag jó hőszigetelő tárgyat fogunk meg (például fa), olyankor a kezünk egy pillanat alatt felmelegíti annak külső rétegét, ezután viszont a hő nem nagyon tid tvátt terjedni, hiszen a tárgy most jó hőszigetelő. Ezért a kezünk csak nagyon kevés hőt ad le, miközben a fa vékony (kis tömegű) felszíni rétegét felmelegíti, ettől pedig alig hűl le. Ezzel szemben egy jó hővezető (például fémből készült) tárgyat megfogva nemcsak annak felső, vékony rétege melegszik át a kezünktől kapott hőtől, hanem az energia azonnal tovább is áramlik a fémtesten át. Vagyis a fémtestnek nagyobb tömegű része fog felmelegedni, ehhez pedig jelentős mennyiségű hő szükséges, amit a kezünk kell hogy leadjon. A nagy mennyiségű leadott hő miatt a kezünk nagyobb mértékbe hűl le, ezért hidegebb lévén hidegnek fogjuk érezni a helyzetet. Például az igazi márvány jobb hővezető, mint a festéssel kialakított, márvány kinézetű vakolat. Ezért ha igazi márványt érintünk meg (mondjuk egy hűvös templomban), akkor jóval hidegebbnek érezzük, mint a festett műmárványt.
Érdekességek:
- A központi fűtés csövei régen vascsőből készültek, újabban viszont vörösréz csőből. Az lenne ennek oka, hogy a vörösréz jobb hővezető? De hát mi nem azt szeretnénk, hogy a meleg víz már útközben, a csőben haladva minél jobban leadja a hőt, lehűljön, hanem hogy a radiátorban adja le a hőt. A vasról rézre történt váltás háttere nem a hővezetések különbözősége, hanem hogy a vascsőből csak bonyolultan, nehézkesen hegesztéssel lehet a szükséges kanyargó csőrendszert kialakítani, ezzel szemben a rézcső nagyon könnyen darabolható és mindössze egy kis kézi gázláng segítségével egyszerűen forrasztható.
- A régi, vasból készült palacsintasütők nyelén nem volt fa vagy műanyag hővédő borítás, mert a vas elég rossz hővezető ahhoz, hogy egy kissé hosszabb nyél vége már nem forrósodott át. Az alumínium vagy réz edények, de még a rozsgamentes acél edények is elég jó hővezetők ahhoz, hogy átforrósodjon a nyelük, ezért ezeknél hővédő burkolatra van szükség.
A hőátadás kvantitatív jellemzésére szolgál a $\mathit{\Phi }$ hőáram nevű mennyiség, melynek precíz (csak hosszadalmas) neve hőáram-erősség:
$$\mathit{\Phi }={{Q}\over {\Delta t}}$$
ahol $Q$ az átadott (átbocsátott) hőmennyiség ($\mathrm{joule}$ egységben), a $\Delta t$ pedig az eltelt idő. A hőáram jelentése tehát az időegység $(1\ \mathrm{másodperc})$ alatt átadott hő (energia) nagysága. Mértékegysége $\mathrm{W\ (watt)}$.