Електричний струм, проходячи крізь провідник, взаємодіє з його частинками. Вільні електрони, що рухаються під дією електричного поля, зіштовхуються з іонами кристалічної ґратки металу. Під час цих зіткнень частина кінетичної енергії електронів передається іонам, що змушує їх коливатися інтенсивніше — внутрішня енергія провідника зростає, а отже, підвищується його температура. Результат цього явища ми спостерігаємо в побутових приладах (праски, електрочайники, обігрівачі).
У 1841 році англійський фізик Джеймс Джоуль та у 1842 році російський фізик балтійсько-німецького походження Емілій Ленц незалежно один від одного встановили закон, що визначає кількість теплоти, яка виділяється в провіднику.
Кількість теплоти Q, яка виділяється провідником зі струмом, прямо пропорційна квадрату сили струму I, опору провідника R та часу t проходження струму:
де Q — кількість теплоти (Дж); I — сила струму (А); R — опір провідника (Ом); t — час (с).
Якщо вся електрична енергія витрачається лише на нагрівання, то за законом збереження енергії A = Q.
Основою електронагрівальних приладів є нагрівальний елемент — провідник із великим питомим опором, що витримує високі температури (наприклад, ніхром). У підвідних проводах використовують матеріали з малим питомим опором, завдяки чому вони нагріваються значно менше.
Коротке замикання виникає під час з’єднання різних полюсів ділянки кола або джерела струму провідником із дуже малим опором, наприклад, через дотик оголених дротів чи несправність приладу.
Оскільки за законом Ома I = U/R різке зменшення опору призводить до миттєвого зростання сили струму, навантаження на електричну мережу стає критичним.
Згідно із законом Джоуля – Ленца Q = I2Rt, такий надмірний струм виділяє величезну кількість теплоти, що спричиняє розплавлення дротів та створює серйозну загрозу пожежі.
Для захисту від руйнівних наслідків у кола обов’язково встановлюють запобіжники, які автоматично розмикають мережу, якщо сила струму перевищує допустиму норму.
