Znamo da je materija sastavljena od sićušnih čestica koje se nazivaju atomi i molekule. Molekule mogu slobodno postojati u prirodi i posjedovati sva svojstva materije. Molekule su u pokretu i također imaju snagu privlačnosti među sobom. Zbog gibanja molekule imaju kinetičku energiju, a zbog sile privlačenja imaju potencijalnu energiju. Kada se tvar zagrijava (ili kada tvar apsorbira toplinu) molekule počinju vibrirati brže pa se kinetička energija povećava. Kada se tvar ohladi, kretanje molekula se usporava, a time i kinetička energija. Ukupna kinetička energija molekula tvari naziva se unutarnja kinetička energija, a ukupna potencijalna energija molekula unutarnja potencijalna energija. Zbroj unutarnje kinetičke energije i unutarnje potencijalne energije naziva se ukupna unutarnja energija ili toplinska energija tvari. Mjeri se u jedinici džul.
U ovoj lekciji ćemo naučiti:
Kada su dva tijela na različitim temperaturama u kontaktu, toplina teče s tijela na visokoj temperaturi na tijelo na niskoj temperaturi . Prosječna kinetička energija tvari mjera je temperature tijela. Kada dođe do porasta prosječne kinetičke energije molekula tvari, njezina temperatura raste, a ako dođe do pada prosječne kinetičke energije molekula tvari, njezina temperatura opada.
Držite tavu na plamenu. Tava se ubrzo zagrije, jer toplina prelazi s plamena na tavu. Sada maknite posudu s vatre. Posuda će se postupno hladiti jer se toplina s posude prenosi na okolinu. U oba slučaja toplina teče od toplijeg objekta prema hladnijem.
Eksperiment 1: Recimo da imamo dva objekta. Objekt A ima temperaturu od 100 o C, a objekt B ima temperaturu od 10 o C. Neka oba objekta budu u kontaktu jedan s drugim.
Rezultat: Toplina će se prenositi s objekta A na B sve dok temperatura ne bude ista u oba objekta. Pretpostavimo da objekt A padne na 50 o C, a temperatura hladnog objekta B poraste na 50 o C. Ovo stanje je poznato kao toplinska ravnoteža. U stanju toplinske ravnoteže, toplinska energija se i dalje prenosi između ova dva objekta, ali je neto protok toplinske energije jednak nuli.
Pokus 2: Zagrijte vodu u maloj posudi. Nakon pet minuta pokušajte uhvatiti dršku posude kako biste je maknuli s plamena. Što mislite da će se dogoditi s vašim rukama? Odmah ćete maknuti ruku s čelične ručke. 
Vaša će ruka osjetiti vrućinu tave. Razlog je što se dio toplinske energije prenosi s tave na vašu ruku. Toplina prelazi s vrućeg na hladni predmet ako između njih postoji kontakt. U fizici kažemo da je za prijenos topline potreban medij. Toplinska vodljivost je prijenos topline s jednog predmeta na drugi koji ima različitu temperaturu kada se međusobno dodiruju. U čvrstim tijelima, općenito, toplina se prenosi procesom kondukcije.
Primjeri:
Vodiči i izolatori
Provode li sve tvari lako toplinu? Sigurno ste primijetili da metalna posuda za kuhanje ima plastičnu ili drvenu ručku. Vruću tavu možete podići držeći je za ručku, a da se pritom ne ozlijedite. Razlog tome je što različiti predmeti provode različite količine toplinske energije zbog prirode materijala od kojeg su napravljeni.
Eksperiment 3:
Zagrijte vodu u maloj tavi ili čaši. Prikupite neke predmete kao što su čelična žlica, plastična vaga, olovka i razdjelnik. Umočite jedan kraj svakog od ovih članaka u vruću vodu. Pričekajte nekoliko minuta, a zatim izvadite ove članke jedan po jedan dodirujući umočeni kraj. Upiši svoje zapažanje u tablicu:
| Članak | Napravljen od | Zagrije li se drugi kraj Y/N? |
| Čelična žlica | Metal | Y |
| Šestar | Metal | Y |
| Skala | Plastični | N |
| Olovka | Drvo | N |
Materijal koji omogućuje lagani prolaz topline kroz njih je vodič topline. Na primjer, željezo, čelik, aluminij, bakar. Materijali koji ne propuštaju toplinu lako kroz sebe su loši vodiči topline poput plastike i drveta. Loši vodiči poznati su kao izolatori.
Voda i zrak su loši vodiči topline. Zatim, kako se odvija prijenos topline u tim tvarima? Dopustite nam da saznamo!
Pokus 4: Stavite ruku malo iznad vatre. Budi oprezan. Držite ruke na sigurnoj udaljenosti od plamena kako se ne bi opekli.
Proizlaziti: Osjetit ćete vrelinu vatre. Do sada smo učili da se toplina prenosi između predmeta kada su u međusobnom kontaktu, što onda uzrokuje da naše ruke osjećaju toplinu vatre bez dodirivanja? Razlog: Molekule tekućina (tekućine i plinovi) posjeduju kinetičku energiju, a kao što znamo kinetička energija plina ovisi o toplinskoj energiji ili temperaturi. Molekule plina koje su u dodiru s vatrom apsorbiraju toplinsku energiju iz vatre, kao rezultat toga, kinetička energija molekula plina se povećava pa se one podižu i udaraju u vašu ruku. Ruke apsorbiraju toplinsku energiju iz tih molekula i osjećate se vruće.
Pogledajmo sada kako se odvija prijenos topline u slučaju tekućine:
Pokus 5: Uzmite čašu i napunite je vodom te je stavite iznad plamena.
Rezultat: Kada se voda zagrijava, voda u blizini plamena postaje vruća. Vruća voda se diže prema gore jer molekule vode postaju manje gustoće jer apsorbiraju toplinsku energiju. Hladna voda sa strane teče prema dolje prema izvoru topline. Ova se voda također zagrije i diže, a voda sa strane teče prema dolje. Ovaj proces se nastavlja dok se cijela voda ne zagrije.
Ovaj način prijenosa topline zbog masovnog gibanja tekućina poznat je kao konvekcija.
Primjeri:
Kad izađemo na sunce, osjećamo se toplo. Kako sunčeva toplina dolazi do nas? Ne može doći do nas kondukcijom ili konvekcijom jer nema medija poput zraka u većem dijelu prostora između Zemlje i Sunca. Sa sunca toplina dolazi do nas drugim procesom poznatim kao zračenje . Prijenos topline zračenjem ne zahtijeva nikakav medij. Može se dogoditi bilo da je medij prisutan ili ne.
Svaki predmet zrači toplinom. I naše tijelo daje toplinu okolini i prima toplinu od nje zračenjem. Kada ta toplina padne na neki predmet, dio se reflektira, dio apsorbira, a dio se može prenijeti. Temperatura objekta se povećava zbog apsorbiranog dijela topline.
Pokus 6: Uzmite dvije identične metalne posude, jednu crnu, a drugu bijelu. U svaki ulijte jednaku količinu vode i ostavite ih na podnevnom suncu oko sat vremena.
Rezultat: Izmjerite temperaturu vode u obje posude. Temperatura vode u crnoj posudi je veća nego u bijeloj posudi. Crni predmeti su dobri apsorberi zračenja, dok su bijeli predmeti loši apsorberi ili dobri reflektori zračenja.
Primjeri:
