Das Stromwärmegesetz (auch Erstes Joulesches Gesetz oder Joule-Lenz-Gesetz nach James Prescott Joule und Emil Lenz) besagt, dass ein elektrischer Strom in einem elektrischen Leiter die Wärmeenergie
mit der elektrischen Leistung
Die Ursache für die Erwärmung infolge des elektrischer Stromes wird beschrieben im Artikel Elektrischer Widerstand.
Die Begriffe joulesche Wärme und Stromwärme werden nicht einheitlich verwendet, teilweise im Sinne von Energie, teilweise von Leistung.[1][2][3][4][5][6]
Vorzugsweise wird ein Strom in einer elektrischen Leitung geführt. Die elektrische Leistung ist im Zusammenhang mit Wärmeentwicklung immer eine Wirkleistung. Sie ergibt sich aus der vorhandenen Stromstärke
Da die Spannung durch den ohmschen Widerstand
Damit steigt die Erwärmung (z. B. in einer elektrischen Leitung, einem Transformator oder einem Heizwiderstand) mit dem Quadrat der Stromstärke
Wenn die Erzeugung der Wärme erwünscht ist, bezeichnet man die Wärme als Elektrowärme, sonst als Stromwärmeverlust oder ohmscher Verlust.
Die Wärmeenergie führt primär zu einer Erwärmung des Leiters um eine Temperaturdifferenz
mit der Wärmekapazität
Da so der Leiter wärmer wird als seine Umgebung, gibt er Wärmeenergie durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung oder Konvektion weiter. Bei fortdauernd gleichmäßiger Energiezufuhr stellt sich bei einer erhöhten Temperatur ein Gleichgewichtszustand ein, in dem der abgegebene Wärmestrom
Bei einer am Wärmetransport beteiligten Oberfläche
Im Allgemeinen weisen Körper eine derartige thermische Trägheit auf, dass sich bei stationärem Strom die Temperaturdifferenz als Gleichgröße einstellt, auch bei Erwärmung durch Wechselstrom. Nur bei einem sehr kleinen Verhältnis von Masse zu Oberfläche, wie bei der gezeigten Doppelwendel, ist mit messtechnischen Mitteln eine Temperatur- bzw. Helligkeitsschwankung mit der doppelten Frequenz des Wechselstroms zu beobachten.
Wird ein über ein größeres Volumen verteilter leitfähiger Stoff von Strom durchflossen, so fließt durch ein Flächenelement
auf dessen Weg längs eines Wegelementes
abfällt, wobei Wärme entsteht. Darin steht
Der Verlust an elektrischer Leistung ergibt sich im Volumenelement
Metallische Leiter weisen einen weitgehend vom Strom unabhängigen (aber temperaturabhängigen) spezifischen elektrischen Widerstand auf. In Halbleitern ist
Die Gesamtheit des Stromwärmeverlustes in einem stromdurchflossenen Leiter berechnet sich allgemein aus dem Volumenintegral
Falls
führt. Bei komplizierterer geometrischer Ausbildung mit nicht gleichmäßiger Stromverteilung muss diese z. B. mittels Finite-Elemente-Methode berechnet werden, um die Verlustleistung und den makroskopischen Widerstand des Leiters bestimmen zu können.
In Materialien mit nicht konstantem spezifischem Widerstand kann ein stromabhängiger Widerstand