Vad är motståndsuppvärmning?

Motståndsuppvärmning är en process där värmeenergi produceras genom att en elektrisk ström passerar genom en specialdesignad ledare. Motståndet som ledaren ger mot passagen av strömmen orsakar en reaktion inom den på atomnivå, och producerar därigenom energi och frigör värme. Denna reaktion är föremål för ett vetenskapligt förhållande känd som Joules första lag som ser att mängden värme som genereras av processen beror på balansen mellan ledarmotstånd och strömstyrka. Motståndsuppvärmning är en av de mest använda formerna av värmealstring och finns i ett brett spektrum av hushålls- och industriapplikationer. Motståndsuppvärmning är en produkt av alla kretsar där elektrisk ström möter motstånd; även om den har många fördelaktiga användningsområden, kan den skada eller förstöra elektrisk utrustning om den inte kontrolleras.

Alla som har använt en vattenkokare, brödrost eller barvärmare en kylig kväll har gjort bekantskap med motståndsvärme. Effekterna av motståndsuppvärmning noterades först i mitten av 1800-talet av James Prescott Joule och fenomenet blev snabbt hörnstenen i en av de mest använda formerna av uppvärmning genom tiderna. Den grundläggande principen för motståndsvärmare är centrerad kring reaktionen som orsakas när den elektriska strömelektronflödet möter ledarens jonstruktur. Elektron/jonkollisioner som resulterar ser en del av energin hos accelererade elektroner som frigörs i form av termisk energi. Om strömflödet eller motståndet hos ledaren ökas, kommer också mängden värme som genereras.

Motståndsvärmare har oftast formen av en spole eller spiral eller specialdesignad resistiv tråd inbäddad i eller lindad på ett värmebeständigt, isolerande substrat. De flesta motståndsvärmeelement är av denna typ med material som keramik med hög aluminiumoxid som de vanligaste isolatorerna. Den vanligaste metallkombinationen vid tillverkning av tråden som används vid motståndsuppvärmning är en legering av nickel och krom. Den genomsnittliga sammansättningen av dessa legeringar ligger mellan 60/16% respektive för allmänt bruk och 80/20% för avancerade ledare. Legeringen av nickelkrom 60 är den mest använda av de två och tål temperaturer på 1850°F (1000°C) utan att hänga eller deformeras.

Även om motståndsuppvärmning uppenbarligen är fördelaktigt kan fenomenet få katastrofala effekter när det inte kontrolleras. Alla elektriska ledare genererar värme till en viss grad; när kretsar eller utrustning blir överbelastade kan värmen som genereras allvarligt skada eller till och med förstöra en apparat. Elbränder är också ett vanligt resultat av okontrollerad motståndsuppvärmning.