전기 저항체의 발열 원리 Why resistor makes heat?

일반적으로 전기 저항 발열체의 발열 원리를 "저항이 높기 때문"이라고 말하는 데 저항이 높으면 전류가 잘 흐르지 못하는 데 왜 열이나느냐는 의문에 휩싸이게 됩니다.

전기 저항에 의한 발열체의 작동 원리는,

적절한 전기 저항을  유지하여 너무 많은 전류가 일시에 흐르지 않도록 하여 서서히 열이 나게 하는 것 입니다.

예를 들어 전선을 콘센트의 두 단자에 연결하면 순간적으로 대단히 큰 전류가 흘러 전선이 녹아서 끊어집니다. 이런 현상을 "전기쇼트" 라고 하는 데 전선에도 작지만 저항이 있고 (일시에 흐르는 엄청 큰 값 인) 전류의 자승과 저항값을 곱한 주울열이 발생하여 전선이 녹아 터지는 것 입니다.

이렇게 전기 저항값이 작은 전선은 (일시에 전류가 흘러) 발열체가 될 수 없고 전기 저항이 일정 이상인 물체는 전류를 적절히 제한하여 발열체로 사용될 수 있는 것 입니다.

모든 저항 소자는 저항-온도 특성을 갖습니다.

온도가 올라가면 저항값이 크지는 정 특성을 가진 물체도 있고 반대로 저항이 낮아지는 부 특성을 가진 물체도 있습니다.

전기 저항에 의한 발열체로 많이 사용하는 니크롬선은 정 특성을 가진 물체로 온도가 올라가면 저항이 크져서 흐르는 전류를 점점 적게하므로 발열체로서의 안정된 특성을 가지고 있습니다.

어떤 발열체의 온도가 올라가면 주위 공기를  덥히게 되는 데 초기에는 온도차가 크기 때문에 공기에 의한 급격한 냉각으로 온도가 쉽게 올라가지 못하지만 주위 공기가 점점 따뜻해 지면 온도차가 적어 그만큼 냉각이 덜 이루어지므로 외견상 시간이 지날 수록 서서히 온도가 올라가는 것 처름 보이는 것 입니다.

니크롬선의 저항은 정 특성을 가지므로 실제 니크롬선의 소비전력은 온도가 올라감에 따라 서서히 감소합니다.

아래의 표를 참고하시기 바랍니다.

Increase in resistance with temperature^[3]

°F	°C	NiCrA	NiCrC
68	20	0	0
600	315	3.3%	5.2%
1000	538	6.3%	8.6%
2000	1093	6.0%	10.5%

NiCrA

화학적 조성비: 80% Ni, 20% Cr

융점: 1400°C

NiCrC

화학적 조성비: 61% Ni, 15% Cr, bal.(나머지) Fe

융점: 1350°C

자료 출처: http://en.wikipedia.org/wiki/Nichrome