Kaj je uporno ogrevanje?

Uporovno ogrevanje je proces, pri katerem se toplotna energija proizvaja s prehajanjem električnega toka skozi namensko zasnovan prevodnik. Upornost, ki jo prevodnik nudi prehodu toka, povzroči reakcijo v njem na atomski ravni, s čimer se proizvaja energija in sprošča toplota. Ta reakcija je predmet znanstvenega razmerja, znanega kot prvi Jouleov zakon, ki vidi količino toplote, ki jo ustvari proces, odvisno od ravnovesja med uporom prevodnika in jakostjo toka. Uporovno ogrevanje je ena najpogosteje uporabljenih oblik pridobivanja toplote in ga najdemo v številnih domačih in industrijskih aplikacijah. Uporovno ogrevanje je produkt vseh tokokrogov, kjer električni tok naleti na upor; čeprav ima veliko koristnih uporab, lahko poškoduje ali uniči električno opremo, če ni nadzorovana.

Kdor je v hladnem večeru uporabljal grelnik vode, opekač kruha ali grelnik v baru, je spoznal uporovno ogrevanje. Učinke uporovnega segrevanja je sredi 1800. stoletja prvič opazil James Prescott Joule in ta pojav je hitro postal temelj ene najbolj razširjenih oblik ogrevanja vseh časov. Osnovno načelo uporovnih grelnikov se osredotoča na reakcijo, ki nastane, ko električni tok elektronov naleti na ionsko strukturo prevodnika. Pri trkih elektronov/ionov se del energije pospešenih elektronov sprosti v obliki toplotne energije. Če se tok ali upor prevodnika poveča, se bo povečala tudi količina proizvedene toplote.

Uporni grelniki so najpogosteje v obliki tuljave ali vijačnice ali posebej oblikovane uporovne žice, vgrajene v toplotno odporno izolacijsko podlago ali navito nanjo. Večina uporovnih grelnih elementov je te vrste, pri čemer so najpogostejši izolatorji materiali, kot je keramika z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida. Najpogostejša kovinska kombinacija pri izdelavi žice, ki se uporablja za uporovno ogrevanje, je zlitina niklja in kroma. Povprečna sestava teh zlitin se giblje med 60/16 % za splošno uporabo in 80/20 % za visokokakovostne prevodnike. Zlitina nikelj krom 60 je najbolj razširjena od obeh in lahko prenese temperature 1850°F (1000°C) brez povešanja ali deformacije.

Čeprav je uporovno ogrevanje očitno koristno, ima lahko ta pojav katastrofalne učinke, če ga ne nadzorujemo. Vsi električni vodniki proizvajajo toploto do določene mere; ko se tokokrogi ali oprema preobremenijo, lahko nastala toplota močno poškoduje ali celo uniči aparat. Električni požari so tudi pogosta posledica nenadzorovanega uporovnega segrevanja.