Widerstandsheizung ist ein Prozess, bei dem thermische Energie erzeugt wird, indem ein elektrischer Strom durch einen speziell entwickelten Leiter geleitet wird. Der Widerstand, den der Leiter dem Durchgang des Stroms entgegensetzt, verursacht in ihm eine Reaktion auf atomarer Ebene, wodurch Energie erzeugt und Wärme abgegeben wird. Diese Reaktion unterliegt einer wissenschaftlichen Beziehung, die als erstes Joulesches Gesetz bekannt ist und die Wärmemenge, die durch den Prozess erzeugt wird, abhängig vom Gleichgewicht zwischen Leiterwiderstand und Stromstärke sieht. Die Widerstandsheizung ist eine der am häufigsten verwendeten Formen der Wärmeerzeugung und findet sich in einer Vielzahl von häuslichen und industriellen Anwendungen. Widerstandsheizung ist ein Produkt aller Stromkreise, in denen elektrischer Strom auf Widerstand trifft; Obwohl es viele nützliche Anwendungen hat, kann es elektrische Geräte beschädigen oder zerstören, wenn es nicht kontrolliert wird.
Jeder, der an einem kühlen Abend einen Wasserkocher, Toaster oder eine Barheizung benutzt hat, hat die Bekanntschaft mit der Widerstandsheizung gemacht. Die Auswirkungen der Widerstandsheizung wurden erstmals Mitte des 1800. Jahrhunderts von James Prescott Joule festgestellt und das Phänomen wurde schnell zum Eckpfeiler einer der am weitesten verbreiteten Heizformen aller Zeiten. Das Grundprinzip von Widerstandsheizern dreht sich um die Reaktion, die entsteht, wenn der Elektronenfluss des elektrischen Stroms auf die Ionenstruktur des Leiters trifft. Die dabei entstehenden Elektron/Ionen-Kollisionen sehen einen Teil der Energie beschleunigter Elektronen in Form von Wärmeenergie frei. Wenn der Stromfluss oder der Widerstand des Leiters erhöht wird, wird auch die erzeugte Wärmemenge erhöht.
Widerstandsheizer haben am häufigsten die Form einer Spule oder Helix oder eines speziell konstruierten Widerstandsdrahts, der in ein hitzebeständiges, isolierendes Substrat eingebettet oder darauf gewickelt ist. Die meisten Widerstandsheizelemente sind von diesem Typ, wobei Materialien wie Keramik mit hohem Aluminiumoxidgehalt die gebräuchlichsten Isolatoren sind. Die gebräuchlichste Metallkombination bei der Herstellung von Draht für die Widerstandsheizung ist eine Legierung aus Nickel und Chrom. Die durchschnittliche Zusammensetzung dieser Legierungen liegt zwischen 60/16 % für allgemeine Anwendungen und 80/20 % für High-End-Leiter. Die Nickel-Chrom-60-Legierung ist die am häufigsten verwendete der beiden und kann Temperaturen von 1850 ° F (1000 ° C) standhalten, ohne durchzuhängen oder sich zu verformen.
Obwohl die Widerstandserwärmung offensichtlich von Vorteil 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 entstehende Hitze ein Gerät schwer beschädigen oder sogar zerstören. Auch elektrische Brände sind eine häufige Folge unkontrollierter Widerstandserwärmung.