Element grzejny to materiał lub urządzenie, które przekształca energię elektryczną bezpośrednio w ciepło lub energię cieplną za pomocą zasady zwanej ogrzewaniem Joule'a. Ogrzewanie Joule'a to zjawisko, w którym przewodnik wytwarza ciepło w wyniku przepływu prądu elektrycznego. Kiedy prąd elektryczny przepływa przez materiał, elektrony lub inne nośniki ładunku zderzają się z jonami lub atomami przewodnika, tworząc tarcie w skali atomowej. Tarcie to objawia się następnie jako ciepło. Pierwsze prawo Joule'a (prawo Joule'a-Lenza) służy do opisu ciepła wytwarzanego przez prąd elektryczny w przewodniku. Wyraża się to jako,
P=IV lub P=I²R
Zgodnie z tymi równaniami wytwarzane ciepło zależy od prądu, napięcia lub rezystancji materiału przewodnika. W konstrukcji całego elementu grzejnego rezystancja jest ważnym czynnikiem.
Podgrzewacz z gumy silikonowej pas grzewczy bębna z olejem silikonowym
Podgrzewacz z gumy silikonowej pas grzewczy bębna z olejem silikonowym
Ogrzewanie Joule'a jest widoczne we wszystkich materiałach przewodzących o różnym natężeniu, z wyjątkiem specjalnego materiału zwanego nadprzewodnikiem. Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku materiałów przewodzących wytwarza się mniej ciepła, ponieważ nośniki ładunku przepływają łatwo; W przypadku materiałów o wysokiej rezystancji zostanie wygenerowane więcej ciepła. Z drugiej strony nadprzewodniki umożliwiają przepływ prądu bez generowania ciepła. Ogólnie ciepło z przewodnika jest klasyfikowane jako strata energii. Energia elektryczna wykorzystywana do napędzania urządzeń elektroenergetycznych generuje niepotrzebne ciepło w postaci strat przesyłowych i ostatecznie nie wytwarza żadnej użytecznej pracy.
