Grundlagen aus Elektrotechnik und Thermodynamik

Kupfer ist als Halbedelmetall einer der besten technisch eingesetzten Leiter. Trotzdem ist Kupfer das Ausgangsmaterial für elektrische Widerstandsheizungen. Die im Folgenden vorgestellten grundlegenden physikalischen Gesetze erklären diesen Zusammenhang. Außerdem bilden sie die Grundlage für das Verständnis der Kontaktierung der elektrischen Flächenheizung, deren Leistung, sowie dem Wärmetransport vom Leiter zum beheizten Medium.

 

Ausgangspunkt ist das Ohmsche Gesetz

An einem Widerstand R fällt bei Stromfluss I eine Spannung U ab. Die im Verbraucher elektrisch aufgenommene Leistung bestimmt sich aus

In einer elektrischen Widerstandsheizung wird diese Leistung in Wärme umgewandelt. Im Falle des CoTexx® Heizgestricks besteht der Widerstand aus dünnen Metalldrähten. Die interne Reibung der Elektronen im Kristallgitter stellt einen Widerstand gegen den Stromfluss dar und führt zur Erwärmung des Leiters. Da für den Widerstand eines elektrischen Leiters die Beziehung

gilt, muss die Querschnittsfläche A der verlegten Drähte klein und deren Länge l groß sein.

 

Bei der Auslegung des Heizgestricks ist die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes zu berücksichtigen.

Dabei ist α der lineare Widerstandstemperaturkoeffizient, eine materialabhängige Konstante. Für Kupfer ist α=0,0039 [1/°C]. Liegt beispielsweise der Widerstand einer Heizgestrickbahn bei 20°C bei 1 Ω, dann lässt sich für 150°C ein Widerstand von 1,51 Ω messen.

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