Почему спираль электроплитки (и других нагревательных приборов) делают из металла с большим удельным сопротивлением?

Для ответа на этот вопрос нужно обратиться к основам электрических явлений и законам, описывающим нагревание проводников при прохождении электрического тока.

1. Явление нагрева проводников при прохождении электрического тока
   Когда электрический ток проходит через проводник, часть электрической энергии преобразуется в тепловую энергию. Это явление описывается законом Джоуля−Ленца:
   $$ Q = I^2 \cdot R \cdot t, $$
   где $ Q $ — количество выделяемого тепла, $ I $ — сила тока, $ R $ — сопротивление проводника, $ t $ — время прохождения тока.
   Из формулы видно, что количество тепла пропорционально сопротивлению проводника. Чем больше сопротивление, тем больше тепла выделяется.

2. Удельное сопротивление материала
   Сопротивление проводника связано с его геометрическими размерами и свойствами материала, из которого он изготовлен:
   $$ R = \rho \cdot \frac{l}{S}, $$
   где $ R $ — сопротивление проводника, $ \rho $ — удельное сопротивление материала, $ l $ — длина проводника, $ S $ — площадь поперечного сечения.
   Материалы с большим удельным сопротивлением ($ \rho $) обладают способностью создавать большее сопротивление даже при небольших размерах проводника. Для нагревательных приборов это полезно, поскольку позволяет эффективно преобразовывать электрическую энергию в тепловую, не увеличивая размеры устройства.

3. Прочность и устойчивость к высоким температурам
   Нагревательный элемент, например спираль электроплитки, работает при высоких температурах. Обычные металлы при нагреве могут плавиться, окисляться или терять свои механические свойства. Поэтому для изготовления таких элементов используются материалы с высокой температурой плавления и устойчивостью к окислению. К ним относятся сплавы, например нихром (сплав никеля и хрома), который обладает высокой стойкостью в нагретом состоянии.

4. Эффективность тепловыделения
   Использование металла с высоким удельным сопротивлением позволяет сделать нагревательный элемент компактным и энергоэффективным. Чем больше сопротивление, тем меньше требуется длины провода для достижения необходимого тепловыделения. Это позволяет экономить материалы и уменьшать размер устройства.

5. Практическое значение
   Металлы с низким удельным сопротивлением, такие как медь или серебро, хотя и хорошо проводят электрический ток, не подходят для нагревательных элементов, так как выделение тепла в них будет недостаточным для эффективного нагрева. В то же время материалы с высоким удельным сопротивлением позволяют достичь высокой температуры при компактных размерах элемента и умеренной силе тока.

Итак, спирали электроплиток и других нагревательных приборов делают из металлов с большим удельным сопротивлением, чтобы обеспечить эффективное преобразование электрической энергии в тепловую, сохранить компактность устройства и гарантировать устойчивость к высоким температурам.