Convecția naturală este un tip de transfer de căldură în care forțele non-umane influențează răcirea și încălzirea fluidelor, cum ar fi gazele și lichidele. Transferul de căldură creează un ciclu numit curent de convecție în care un fluid cald este înlocuit cu unul mai rece. Toate fluidele și materia sunt făcute din blocuri minuscule numite atomi, care se grupează în molecule. Mișcarea acestor molecule este cea care face ca fluidele să se ridice sau să scadă.
Convecția naturală ajută la explicarea multor sisteme naturale ale Pământului, cum ar fi curenții oceanici și straturile atmosferice. Este în contrast cu convecția forțată, care funcționează pe același principiu, dar are o sursă de căldură creată de dispozitive artificiale, cum ar fi ventilatoarele de aer sau apă care accelerează ciclul de transfer de căldură. Atât convecția forțată, cât și cea naturală pot fi utilizate în scopuri specifice, cum ar fi încălzirea locuințelor sau alimentarea cu apă municipală.
Atunci când acţionează asupra unei surse de căldură, cum ar fi soarele sau căldura subterană, fluidele se ridică adesea. De exemplu, atunci când soarele încălzește suprafața Pământului, aerul de la sol este aproape întotdeauna mai cald decât aerul mai sus, pe cer. Căldura extinde spațiile dintre molecule, făcând aerul mai ușor și ridicându-l deasupra suprafeței. Pe măsură ce aerul urcă mai departe de pământul fierbinte, moleculele se răcesc și se comprimă. Acest aer mai rece și mai greu este apoi tras în jos de gravitație, unde se încălzește din nou și începe ciclul din nou.
Curenții oceanici sunt, de asemenea, creați din cauza convecției naturale, combinate cu schimbările vântului și densitatea apei sărate. Vânturile reci care trec peste suprafața apei fac ca moleculele să se comprima și să se scufunde spre fundul oceanului. Pe măsură ce apa se apropie de ecuator, se încălzește și se ridică din nou. Acest lucru creează curenți oceanici masivi care curg de-a lungul coastelor continentale și afectează vremea în regiunile terestre din jur.
De obicei, o componentă importantă în convecția naturală este Legea răcirii lui Newton. Această lege științifică afirmă că rata cu care o substanță pierde căldură este direct legată de temperatura obiectului care acționează asupra ei. Cu alte cuvinte, cu cât obiectul este mai rece, cu atât fluidul va pierde mai multă căldură. Un exemplu al acestei legi în acțiune este efectul adăugării de cuburi de gheață la o băutură – un cub va elimina doar o mică parte de căldură, dar o mână va răci băutura mult mai repede.