Was ist Widerstandsheizung?

Widerstandsheizung ist ein Prozess, bei dem Wärmeenergie durch Leiten eines elektrischen Stroms durch einen speziell dafür vorgesehenen Leiter erzeugt wird. Der Widerstand, den der Leiter dem Durchgang des Stroms entgegensetzt, bewirkt eine Reaktion auf atomarer Ebene, wodurch Energie erzeugt und Wärme freigesetzt wird. Diese Reaktion unterliegt einer wissenschaftlichen Beziehung, die als Joules erstes Gesetz bekannt ist und bei der die durch den Prozess erzeugte Wärmemenge vom Gleichgewicht zwischen Leiterwiderstand und Stromstärke abhängt. Widerstandsheizung ist eine der am häufigsten verwendeten Formen der Wärmeerzeugung und wird in einer Vielzahl von Haushalts- und Industrieanwendungen eingesetzt. Widerstandsheizung ist ein Produkt aller Stromkreise, in denen elektrischer Strom auf Widerstand stößt. Obwohl es viele nützliche Funktionen hat, kann es elektrische Geräte beschädigen oder zerstören, wenn es nicht kontrolliert wird.

Wer an einem kühlen Abend einen Wasserkocher, einen Toaster oder einen Heizstab benutzt hat, hat die Widerstandsheizung kennengelernt. Die Auswirkungen der Widerstandsheizung wurden erstmals Mitte des 19. Jahrhunderts von James Prescott Joule festgestellt und das Phänomen wurde schnell zum Eckpfeiler einer der am häufigsten verwendeten Heizformen aller Zeiten. Das Grundprinzip von Widerstandsheizungen dreht sich um die Reaktion, die entsteht, wenn der Elektronenstrom auf die Ionenstruktur des Leiters trifft. Die dabei entstehenden Elektronen / Ionen-Kollisionen sehen einen Teil der Energie beschleunigter Elektronen in Form von Wärmeenergie freigesetzt. Wird der Stromfluss oder der Widerstand des Leiters erhöht, steigt auch die erzeugte Wärmemenge.

Widerstandsheizungen haben üblicherweise die Form einer Spule oder Wendel oder eines speziell entwickelten Widerstandsdrahtes, der in ein wärmebeständiges, isolierendes Substrat eingebettet oder darauf gewickelt ist. Die meisten Widerstandsheizelemente sind von diesem Typ, wobei Materialien wie Keramik mit hohem Aluminiumoxidanteil die häufigsten Isolatoren sind. Die gebräuchlichste Metallkombination bei der Herstellung des beim Widerstandsheizen verwendeten Drahtes ist eine Legierung aus Nickel und Chrom. Die durchschnittliche Zusammensetzung dieser Legierungen liegt bei allgemeinen Anwendungen zwischen 60/16% und bei High-End-Leitern zwischen 80/20%. Die Nickel-Chrom-60-Legierung ist die am weitesten verbreitete der beiden Legierungen und kann Temperaturen von 1000 ° C standhalten, ohne durchzusacken oder sich zu verformen.

Obwohl Widerstandserwärmung offensichtlich vorteilhaft ist, kann das Phänomen katastrophale Auswirkungen haben, wenn es nicht kontrolliert wird. Alle elektrischen Leiter erzeugen bis zu einem gewissen Grad Wärme. Wenn Stromkreise oder Geräte überlastet werden, kann die erzeugte Wärme ein Gerät schwer beschädigen oder sogar zerstören. Elektrische Brände sind auch eine häufige Folge einer unkontrollierten Widerstandsheizung.