În fizică, cantitatea de căldură, simbolizată prin Q, este energia transferată între un sistem termodinamic și mediul înconjurător, între două sisteme termodinamice sau între diferite părți ale aceluiași sistem termodinamic, în cursul unei transformări termodinamice în care parametrii externi rămân constanți. Transferul de căldură are loc sub influența unei diferențe de temperatură. Principiul al doilea al termodinamicii stipulează că acest transfer se face de la sine doar de la temperatura mai înaltă la temperatura mai joasă.
Căldura este cantitatea de energie care trece de la un obiect mai cald la unul mai rece. În general, căldura provine din multe modificări la scară microscopică ale obiectelor și poate fi definită ca fiind cantitatea de energie transferată, excluzând atât lucrul mecanic macroscopic, cât și transferul unei părți a obiectului în sine. Transferul de energie sub formă de căldură poate apărea prin contact sau printr-un perete comun care este impermeabil la materie, între sursă și corpul de destinație, ca și conducția; sau prin radiații între corpuri la distanță; sau prin intermediul unui corp fluid intermediar, ca și în circulația convectivă; sau printr-o combinație a acestora. În termodinamică, căldura este deseori contrară lucrului mecanic: căldura se aplică particulelor individuale (cum ar fi atomi sau molecule), lucrul mecanic se aplică obiectelor (sau a unui sistem ca întreg). Căldura implică mișcarea stohastică (sau aleatorie) distribuită în mod egal între toate gradele de libertate, în timp ce lucrul mecanic este direcțional, limitat la unul sau mai multe grade specifice de libertate.
Deoarece căldura (ca și lucrul mecanic) reprezintă o cantitate de energie transferată între două corpuri prin anumite procese, niciun corp nu "are" o anumită cantitate de căldură (la fel cum un corp în sine nu are lucru mecanic); în schimb, un corp are într-adevăr proprietăți (funcții de stare), cum ar fi temperatura și energia internă. Astfel, energia schimbată sub formă de căldură în timpul unui proces dat schimbă energia (internă) a fiecărui corp cu valori egale și opuse. Semnul cantității de căldură poate indica direcția transferului, de exemplu de la sistemul A la sistemul B; semnul minus indică faptul că energia curge în direcția opusă.
Deși căldura curge spontan de la un corp fierbinte la unul mai rece, este posibil să se construiască o pompă de căldură sau un sistem de răcire care să funcționeze pentru a crește diferența de temperatură între două sisteme. În schimb, un motor termic reduce o diferență de temperatură existentă pentru a lucra pe un alt sistem.
Căldura este o consecință a mișcării microscopice a particulelor (energia cinetică a atomilor și moleculelor). Atunci când căldura este transferată între două obiecte sau sisteme, energia obiectului sau a particulelor sistemului crește. În timp ce acest lucru are loc, aranjamentul dintre particule devine din ce în ce mai dezordonat. Cu alte cuvinte, căldura este legată de conceptul de entropie.
Din punct de vedere istoric, au fost utilizate numeroase unități energetice pentru măsurarea căldurii. Unitatea bazată pe standarde din Sistemul Internațional de Unități (SI) este Joule (J). Căldura este măsurată prin efectul acesteia asupra stărilor corpurilor în interacțiune, de exemplu, prin cantitatea de gheață topită sau prin schimbarea temperaturii. Cuantificarea căldurii prin schimbarea temperaturii unui corp se numește calorimetrie și este utilizată pe scară largă în practică. În calorimetrie, căldura sensibilă este definită în raport cu o anumită variabilă de stare aleasă a sistemului, cum ar fi presiunea sau volumul. Căldura sensibilă determină o schimbare a temperaturii sistemului, lăsând neschimbată variabila de stare aleasă. Transferul de căldură care are loc la o temperatură constantă a sistemului, dar schimbă variabila de stare, este numită căldură latentă în raport cu variabila. Pentru modificările infinitezimale, transferul total de căldură total este atunci suma căldurii latente și sensibile.
