Нагрівальний елемент - це матеріал або пристрій, який безпосередньо перетворює електричну енергію в теплову або теплову енергію за допомогою принципу, відомого як опалення Joule. Joule опалення - явище, коли провідник генерує тепло за рахунок потоку електричного струму. У міру того, як електричний струм протікає через матеріал, електрони або інші носії заряду стикаються з іонами або атомами провідника, створюючи тертя в атомному масштабі. Це тертя потім проявляється як тепло. Перший закон Джоула (joule-Lenz law) використовується для опису кількості тепла, що виробляється з потоку електроенергії в провіднику. Це виражається як:
P = IV або P =I²R
Від цих рівнянь кількість виробленого тепла залежить від струму і напруги або опору провідника. У конструкції нагрівальних елементів опір є більш важливим фактором.
Нагрівання джоуля проявляється у всіх провідних матеріалах різної інтенсивності, за винятком спеціального типу матеріалу, відомого як надпровідники. Як правило, для електропровідних матеріалів утворюється менше тепла, оскільки носії заряду можуть легко протікати; в той час як для матеріалів з високим електричним опором утворюється більше тепла. Надпровідники, з іншого боку, дозволяють протікати електроенергії, але не виробляють ніякого тепла. Зазвичай тепло від провідників класифікується як втрата енергії. Електрична енергія, що використовується для приводу powered обладнання генерує непотрібне опалення у вигляді втрати міді, яка в кінцевому підсумку не виробляє ніяких корисних робіт.
Електричні нагрівальні елементи, в певному сенсі, майже на 100% ефективні, оскільки вся енергія, що подається, перетворюється в передбачуваний вигляд. Нагрівальні елементи можуть не тільки проводити тепло, але і передавати енергію через світло і випромінювання. Однак це справедливо тільки для ідеальних резисторів. Невеликі втрати можуть бути отримані від притаманної ємності і індуктивності матеріалу, який перетворює електричну енергію в електричні і магнітні поля відповідно. З огляду на всю систему обігрівачів, втрати походять від розсіювання тепла в зовнішнє середовище від технологічної рідини або від самого обігрівачів. Таким чином, система повинна бути ізольована, щоб використовувати все вироблене тепло.
