Нагревательный элемент является материалом или устройством, которое непосредственно преобразует электрическую энергию в тепловую или тепловую энергию по принципу, известному как нагревание Джоуля. Joule отопления является явлением, когда проводник генерирует тепло из-за потока электрического тока. По мере того как электрический ток пропускает через материал, электроны или другие несущие заряда сталкиваются с ионами или атомами проводника создавая трение на атомном маштабе. Это трение затем проявляется как тепло. Первый закон Джоуля (закон Джоул-Ленца) используется для описания количества тепла, вырабатываемого из потока электроэнергии в проводнике. Это выражается как,
P No IV или P I2R
Из этих уравнений, количество тепла зависит от тока и напряжения или сопротивления проводника. При проектировании нагревательных элементов сопротивление является более важным фактором.
Отопление Joule проявляется во всех проводящих материалах различной интенсивности, за исключением специального типа материала, известного как сверхпроводники. Как правило, для электрически проводящих материалов, меньше тепла генерируется, так как заряд перевозчики могут легко течь через; в то время как для материалов с высоким электрическим сопротивлением, больше тепла генерируется. Сверхпроводники, с другой стороны, позволяют поток электроэнергии, но не производят никакого тепла. Как правило, тепло от проводников классифицируется как потеря энергии. Электрическая энергия, используемая для привода электрооборудования, генерирует ненужное отопление в виде потери меди, которая в конечном итоге не производит никакой полезной работы.
Электрические нагревательные элементы, в некотором смысле, почти на 100% эффективны, так как вся поставленная энергия преобразуется в намеченную форму. Нагревательные элементы могут не только проводить тепло, но и передавать энергию через свет и излучение. Тем не менее, это верно только для идеальных резисторов. Небольшие потери могут быть получены от присущей емкости и индукции материала, который преобразует электрическую энергию в электрические и магнитные поля, соответственно. Учитывая всю систему нагревателя, потери связаны с рассеиванием тепла во внешнюю среду от процесса жидкости или от самого нагревателя. Таким образом, система должна быть изолирована, чтобы использовать все тепло, генерируемое.
