Du tror kanskje et varmeelement må ha en veldig høy motstand - tross alt er det motstanden som gjør at materialet kan generere varme. Men det er faktisk ikke tilfelle. Det som genererer varme er strømmen som strømmer gjennom elementet, ikke mengden motstand det føles. Å få maksimal strøm som strømmer gjennom et varmeelement er mye viktigere enn å tvinge den strømmen gjennom en stor motstand. Dette kan virke forvirrende og kontraintuitivt, men det er ganske enkelt å se hvorfor det er (og må være) sant, både intuitivt og matematisk.
Intuitivt...
Anta at du gjorde motstanden til varmeelementet så stort som mulig – uendelig stort, faktisk. Da Ohm lov (spenning = strøm × motstand eller V = IR) forteller oss at strømmen som strømmer gjennom elementet må være uendelig liten (hvis jeg = V / R, nærmer jeg null som R nærmer seg uendelig). Du ville ha en heidundrende stor motstand, ingen strøm, og derfor ingen varme produsert. Ja, så hva om vi gikk til det motsatte ekstreme og gjorde motstanden uendelig liten. Da ville vi hatt et annet problem. Selv om strømmen jeg kan være stor, ville R være nesten null, så strømmen ville zip gjennom elementet som et ekspresstog uten engang å stoppe, og produserer ingen varme i det hele tatt.
Det vi trenger i et varmeelement er derfor en balanse mellom de to ytterpunktene: nok motstand til å produsere varme, men ikke så det reduserer strømmen for mye. Nichrome er et godt valg. Motstanden til en nichrome wire er (omtrent) 100 ganger høyere enn en ledning samme størrelse laget av kobber (en utmerket leder), men bare en fjerdedel så mye som en lignende størrelse grafitt stang (en ganske god dirigent) og kanskje bare en million trillionth som av en virkelig god isolator som glass. Tallene taler for seg selv: nichrome er en gjennomsnittlig leder med bare moderat motstand, og ikke eksternt en isolator!
Matematisk...
Vi kan nå nøyaktig samme konklusjon med matematikk. Kraften som produseres eller forbrukes av en strømstrøm er lik spenningstidene strømmen (watt = volt × forter eller P = VI). Vi vet også fra Ohms lov at V = IR. Eliminer V fra disse ligningene, og vi finner kraften som forsvinner i vårt element er I2R. Med andre ord, varmen er proporsjonal med motstanden, men også proporsjonal med kvadratet av strømmen. Så strømmen har mye mer effekt på varmen som produseres enn motstanden. Doble motstanden og du doble kraften (stor!), men doble strømmen og du firedoble kraften (fantastisk!). Så strømmen er det som virkelig betyr noe.
Det er lett å beregne at motstanden til filamentet i en typisk glødelampe er noen hundre ohmer. Jeg overlater beregningen til deg!
