Ein Heizelement ist ein Material oder Gerät, das elektrische Energie direkt in Wärme oder thermische Energie umwandelt, und zwar durch ein Prinzip, das Joulesche Erwärmung genannt wird. Joulesche Erwärmung ist ein Phänomen, bei dem ein Leiter aufgrund des Flusses von elektrischem Strom Wärme erzeugt. Wenn ein elektrischer Strom durch das Material fließt, kollidieren Elektronen oder andere Ladungsträger mit den Ionen oder Atomen des Leiters und erzeugen Reibung auf atomarer Ebene. Diese Reibung äußert sich dann als Wärme. Das erste Joulesche Gesetz (Joule-Lenz-Gesetz) wird verwendet, um die Wärme zu beschreiben, die durch einen elektrischen Strom in einem Leiter erzeugt wird. Dies wird ausgedrückt als,
P=IV oder P=I²R
Gemäß diesen Gleichungen hängt die erzeugte Wärme von Strom, Spannung oder Widerstand des Leitermaterials ab. Bei der Auslegung des gesamten Heizelements ist der Widerstand ein wichtiger Faktor.
Silikonkautschuk-Heizband für Silikonöltrommeln
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Joulesche Erwärmung ist in allen leitfähigen Materialien unterschiedlicher Intensität erkennbar, mit Ausnahme eines speziellen Materials, das als Supraleiter bezeichnet wird. Im Allgemeinen entsteht bei leitfähigen Materialien weniger Wärme, da Ladungsträger leicht durchfließen; Bei Materialien mit hohem Widerstand wird mehr Wärme erzeugt. Supraleiter hingegen lassen Strom fließen, ohne Wärme zu erzeugen. Im Allgemeinen wird Wärme von einem Leiter als Energieverlust klassifiziert. Die elektrische Energie, die zum Antrieb von Leistungsgeräten verwendet wird, erzeugt unnötige Wärme in Form von Übertragungsverlusten und leistet letztendlich keine nützliche Arbeit.
