Нагрев сопротивлением — это процесс, при котором тепловая энергия вырабатывается путем пропускания электрического тока через специально разработанный проводник. Сопротивление, которое проводник оказывает прохождению тока, вызывает внутри него реакцию на атомном уровне, производя энергию и выделяя тепло. Эта реакция подчиняется научному соотношению, известному как первый закон Джоуля, согласно которому количество выделяемого тепла процессом, зависящим от баланса между сопротивлением проводника и величиной тока. Нагрев сопротивлением является одной из наиболее часто используемых форм производства тепла и используется в широком диапазоне бытовых и промышленных применений. Резистивный нагрев — это продукт всех цепей, в которых электрический ток сталкивается с сопротивлением; хотя он имеет много полезных применений, он может повредить или разрушить электрическое оборудование, если его не контролировать.
Любой, кто пользовался чайником, тостером или обогревателем в прохладный вечер, знаком с резистивным нагревом. Эффекты резистивного нагрева были впервые отмечены в середине 1800-х годов Джеймсом Прескоттом Джоулем, и это явление быстро стало краеугольным камнем одной из наиболее широко используемых форм нагрева всех времен. Основной принцип нагревателей сопротивления основан на реакции, возникающей, когда поток электронов электрического тока сталкивается с ионной структурой проводника. В результате столкновений электронов и ионов часть энергии ускоренных электронов высвобождается в виде тепловой энергии. Если ток или сопротивление проводника увеличиваются, то увеличивается и количество выделяемого тепла.
Нагреватели сопротивления чаще всего имеют форму катушки или спирали или специально разработанной резистивной проволоки, встроенной в термостойкую изолирующую подложку или намотанной на нее. Большинство нагревательных элементов сопротивления относятся к этому типу, а такие материалы, как керамика с высоким содержанием оксида алюминия, являются наиболее распространенными изоляторами. Наиболее распространенной комбинацией металлов при изготовлении проволоки, используемой в резистивном нагреве, является сплав никеля и хрома. Средний состав этих сплавов колеблется между 60/16% соответственно для общего применения и 80/20% для проводников высокого класса. Никель-хромовый сплав 60 является наиболее широко используемым из двух сплавов и может выдерживать температуры 1850°F (1000°C) без провисания или деформации.
Хотя резистивный нагрев, безусловно, полезен, это явление может иметь катастрофические последствия, если его не контролировать. Все электрические проводники в определенной степени выделяют тепло; когда цепи или оборудование перегружаются, выделяющееся тепло может серьезно повредить или даже разрушить устройство. Электрические возгорания также являются частым результатом неконтролируемого резистивного нагрева.
