Grelni element je material ali naprava, ki pretvarja električno energijo neposredno v toploto ali toplotno energijo s pomočjo principa, imenovanega joulsko segrevanje. Joulovo segrevanje je pojav, pri katerem prevodnik zaradi pretoka električnega toka ustvarja toploto. Ko električni tok teče skozi material, elektroni ali drugi nosilci naboja trčijo ob ione ali atome prevodnika, kar povzroči trenje na atomski lestvici. To trenje se nato pokaže kot toplota. Prvi Joulov zakon (Joule-Lenzov zakon) se uporablja za opis toplote, ki jo ustvari električni tok v prevodniku. To je izraženo kot,
P=IV ali P=I²R
V skladu s temi enačbami je proizvedena toplota odvisna od toka, napetosti ali upora materiala prevodnika. Pri zasnovi celotnega grelnega elementa je upor pomemben dejavnik.
Grelec iz silikonske gume, grelni pas za boben iz silikonskega olja
Grelec iz silikonske gume, grelni pas za boben iz silikonskega olja
Joulovo segrevanje je očitno pri vseh prevodnih materialih z različno intenzivnostjo, razen pri posebnem materialu, imenovanem superprevodnik. Na splošno se pri prevodnih materialih proizvaja manj toplote, ker nosilci naboja zlahka tečejo skozi; Pri materialih z visoko odpornostjo bo proizvedeno več toplote. Po drugi strani pa superprevodniki omogočajo pretok toka brez ustvarjanja toplote. Na splošno je toplota iz prevodnika razvrščena kot izguba energije. Električna energija, ki se uporablja za pogon električne opreme, ustvarja nepotrebno toploto v obliki izgub pri prenosu in na koncu ne povzroči nobenega koristnega dela.
