Waarvan zijn de weerstanden bij elektrische toestellen met een hoog vermogen gemaakt?

Antwoord

Beste,

Toestellen die bedoeld zijn om warmte te produceren (bvb waterkoker) bevatten inderdaad een weerstand. De formule voor het vermogen is correct zoals je zelf stelt in je vraag, dus P=U^2/R.

Bij een elektrische zaagmachine liggen de zaken heel anders, en vooral moeilijker. We zullen ons hier beperken tot weerstandsbelastingen.

Hoe kleiner de weerstand, hoe groter de stroom, en ook hoe groter het vermogen. Kleine weerstanden (voor grote vermogens) hoeven niet noodzakelijk van speciaal materiaal gemaakt te worden. Ze moeten ook niet noodzakelijk dik of dun zijn. Eigenlijk is er maar 1 noodzakelijke voorwaarde die voldaan moet zijn : ze moeten tijdig hun warmte afgevoerd krijgen voordat ze smelten of hun omringende isolatie beschadigen. Typische toestellen zijn waterkokers, elektrische verwarmingstoestellen, haardroger, elektrisch fornuis...

Een elektrisch blaaskacheltje bijvoorbeeld (zie foto), heeft typisch een vermogen van 2 kW. Dat is al een redelijk groot vermogen voor zo'n klein toestelletje. Als je kijkt naar de weerstand, dan zie je dat dit gewoon een blote lange metalen draad is (=kleine weerstand). Hierin wordt 2 kW aan warmte gedissipeerd, en het is noodzakelijk dat deze warmte afgevoerd wordt. De gedwongen convectie van de blazer zorgt hiervoor. Als je het verwarmingstoestel afdekt met bvb een handdoek, dan valt de koeling stil, en zal de draad snel doorsmelten (in de orde van seconden). De betere modellen hebben een thermische beveiliging die onderbreekt bij een te hoge temperatuur om dit soort incidenten te vermijden. Een haardroger is een erg gelijkaardig toestel.

Er zijn ook elektrische weerstandsverwarmingen zonder blazer. Deze steunen op andere principes van warmte afvoer : natuurlijke convectie en straling. Deze warmte afvoer is veel zwakker, en de temperaturen worden dan ook veel hoger. Hierbij worden de weerstanden typisch op keramische materialen gemonteerd omdat deze aan zeer hoge temperaturen kunnen weerstaan. De toestellen zijn zodanig berekend dat de hoge evenwichtstemperatuur nergens problemen geeft.

Bij een elektrisch fornuis is de koeling minder sterk. De warmte-afvoer gaat voornamelijk naar de pot die jij op het vuur zet. Je kan het vuur eigenlijk gewoon volle bak zetten tot de kookplaat roodgloeiend is. Dit is echter wel schadelijk voor de elektrische isolatie van de kookplaat (dit geeft lekstromen en een differentieel dat afspringt).

Als je bij wijze van experiment de weerstand van een toestel verkleint en verkleint zal het vermogen dus groter en groter worden. Als je de nodige warmteafvoer voorziet is er eigenlijk geen enkel probleem. Op den duur gaat je belastingsweerstand even klein worden als de weerstanden van de aansluitingsdraden, en dan gaan de verbindingskabels mee functioneren als verwarmingselement! Bij voldoende koeling (ook van de verbindingskabels): geen probleem! Dit is al een zeer extreem geval. Je moet er zelf de elektrische beveiliging (=zekeringen of automaten) voor uitschakelen. Zoiets noemt men immers een kortsluiting.