Så fungerar ett element

Eld var en av mänsklighetens tidigaste och största upptäckter – något för över en miljon år sedan. I vår moderna tidsålder av jetmotorer kan rymdraketer, stålskyskrapor och syntetisk plast, rök och lågor verka positivt förhistoriska.

 Men alla dessa fyra uppfinningar – och dessutom dussintals andra – litar på eld på ett avgörande sätt. Eld är inget mindre än lysande, men det är inte så bekvämt. Ibland tar det åldrar att få igång eld: koldrivna ånglok måste eldas upp flera timmar innan de till exempel behöver dra tåg. Andra gånger bryter eld ut när du minst förväntar dig det, hotar liv, byggnader och allt du känner.

Skulle det inte vara jättebra om brand var lika lätt att styra som el, så att du kunde slå på och av den med ett ögonblicks varsel?

Det är grundidén bakom element

De är “elden” inuti sådana saker som elektriska värmare, duschar, brödrostar, spisar, hårtorkar, torktumlare, lödjärn och alla andra praktiska hushållsapparater. Värmeelement ger oss eldkraften med bekvämligheten med el. Låt oss titta närmare på vad de är och hur de fungerar! Gör värme från el I skolan lär vi oss att vissa material bär el bra, andra dåligt.

Så fungerar ett element

De goda bärarna av el kallas ledare, medan de fattiga bärarna kallas isolatorer. Ledare och isolatorer beskrivs ofta bättre genom att prata om hur mycket motstånd de sätter upp när en elektrisk ström strömmar genom dem. Så ledare har lågt motstånd (elektricitet flödar lätt genom dem) medan isolatorer har mycket högre motstånd (det är en verklig kamp för att el ska komma igenom).

I en elektrisk eller elektronisk krets kan vi använda enheter som kallas motstånd för att kontrollera hur mycket ström som flyter; att använda en ratt för att öka motståndet och sänka strömmen i en högtalarkrets är exempelvis ett sätt att sänka volymen. Motstånd fungerar genom att omvandla elektrisk energi till värmeenergi; med andra ord blir de heta när el rinner genom dem. Men det är inte bara motstånd som gör detta. Även en tunn bit tråd blir varm om du tvingar tillräckligt med elektricitet genom den.

Det är grundidén bakom glödlampor (gammaldags, lampformade lampor). Inuti glödlampan finns en mycket tunn tråd som kallas en glödtråd. När tillräckligt med elektricitet strömmar genom den lyser den vitt hett, mycket starkt – så det gör verkligen ljus genom att göra värme. Cirka 95 procent av den energi som en lampa som den här använder förvandlas till värme och slösas helt bort (att använda ett energibesparande lysrör är mycket effektivare, eftersom det mesta av elen lampan förbrukar omvandlas till ljus med knappast slösad värme).

Glöm nu ljuset – tänk om värmen var det vi verkligen var intresserade av? Plötsligt tycker vi att vår slösaktiga glödlampa faktiskt är mycket effektiv, eftersom den omvandlar 95 procent av den energi vi matar in den till värme. Fantastisk! Bara det finns ett problem. Om du någonsin har kommit nära en glödlampa vet du att det blir tillräckligt varmt för att bränna dig om du rör vid den (var inte frestad att försöka). Men om du står ens en meter eller så borta är värmen från något som en 100-watts lampa alldeles för svag för att nå dig.

Så vad händer om vi vill bygga en elektrisk värmare i stort sett i samma linje som en elektrisk lampa? Vi skulle behöva något som en uppskakad lampfilament – kanske 20–30 gånger mer kraftfull så att vi verkligen kände värmen. Vi skulle behöva ett ganska robust material (ett som inte smälte och varade länge genom upprepad uppvärmning och kylning) och vi skulle behöva det för att avge mycket värme vid en rimlig temperatur (kanske när det glödde i stället av vit het, så det gjorde oss inte blinda).

Vad vi pratar om här är kärnan i ett värmeelement: en robust elektrisk komponent som är utformad för att kasta ut värme när en stor elektrisk ström flyter genom den.