Co to jest ogrzewanie oporowe?
Ogrzewanie oporowe to proces, w którym energia cieplna jest wytwarzana przez przepuszczanie prądu elektrycznego przez specjalnie zaprojektowany przewodnik. Opór, jaki przewodnik zapewnia przepływowi prądu, powoduje w nim reakcję na poziomie atomowym, wytwarzając w ten sposób energię i uwalniając ciepło. Reakcja ta podlega zależności naukowej znanej jako pierwsze prawo Joule'a, w której ilość ciepła wytwarzanego przez proces zależy od równowagi między rezystancją przewodnika a wielkością prądu. Ogrzewanie oporowe jest jedną z najczęściej stosowanych form wytwarzania ciepła i znajduje zastosowanie w szerokim zakresie zastosowań domowych i przemysłowych. Ogrzewanie oporowe jest produktem wszystkich obwodów, w których prąd elektryczny napotyka oporność; chociaż ma wiele korzystnych zastosowań, może uszkodzić lub zniszczyć sprzęt elektryczny, jeśli nie jest kontrolowany.
Każdy, kto korzystał z czajnika, tostera lub grzejnika barowego w chłodny wieczór, zapoznał się z ogrzewaniem oporowym. Efekty ogrzewania oporowego zostały po raz pierwszy odnotowane w połowie XIX wieku przez Jamesa Prescotta Joule'a, a zjawisko to szybko stało się kamieniem węgielnym jednej z najczęściej stosowanych form ogrzewania wszechczasów. Podstawowa zasada działania grzejników oporowych koncentruje się wokół reakcji powstającej, gdy przepływ prądu elektrycznego napotyka strukturę jonową przewodnika. W wyniku zderzeń elektron / jon dochodzi do uwolnienia części energii przyspieszonych elektronów w postaci energii cieplnej. Jeśli przepływ prądu lub rezystancja przewodnika zostanie zwiększona, wzrośnie również ilość wytwarzanego ciepła.
Grzejniki rezystancyjne najczęściej mają postać cewki lub spirali lub specjalnie zaprojektowanego drutu rezystancyjnego osadzonego w lub nawiniętego na odporne na ciepło podłoże izolacyjne. Większość oporowych elementów grzejnych jest tego typu, a materiały takie jak ceramika wysokoglinowa są najczęściej stosowanymi izolatorami. Najczęstszą kombinacją metali w produkcji drutu stosowanego do ogrzewania oporowego jest stop niklu i chromu. Średni skład tych stopów wynosi odpowiednio między 60/16% dla ogólnych zastosowań i 80/20% dla przewodników wysokiej klasy. Stop niklowo-chromowy 60 jest najczęściej stosowanym z nich i może wytrzymać temperaturę 1850 ° F (1000 ° C) bez zwiotczenia lub deformacji.
Chociaż ogrzewanie oporowe jest oczywiście korzystne, zjawisko to może mieć katastrofalne skutki, gdy jest niekontrolowane. Wszystkie przewodniki elektryczne wytwarzają ciepło do pewnego stopnia; w przypadku przeciążenia obwodów lub urządzeń wytwarzane ciepło może poważnie uszkodzić lub nawet zniszczyć urządzenie. Pożary elektryczne są również częstym skutkiem niekontrolowanego nagrzewania oporowego.