Как известно мощность определяется выражением P=U*I. Поскольку напряжение (U) в цепи остается неизменным, то следует искать изменение мощности в зависимости от изменения тока. При параллельном соединении трех одинаковых сопротивлений (r) суммарное сопротивление (R1) участка цепи с этими сопротивлениями можно найти по формуле: 1/R1 = 1/r +1/r +1/r = 3/r. Отсюда R1 = r/3. Суммарный ток (I1), который будет равен сумме токов, текущих через эти сопротивления, будет равен I1= U/R = 3U/r. Тогда мощность (Р1=3,6 Вт) будет равна Р1 = U*/1 = 3U^2/t. Во втором случае суммарное (R2) сопротивление будет равно r + суммарное сопротивление двух сопротивлений r соединенных параллельно. Это сопротивление = r/2. Тогда R2 = r + r/2 = 3r/2. Суммарный ток, текущий в цепи в этом случае I2 = U/R2 = 2U/3r. Мощность, в этом случае P2 = U*I2 = 2U^2/3r. Разделим Р2 на Р1 имеем Р2/Р1 = (2U^2)r/3r*3U^2 = 2/9. Отсюда Р2 = Р1*2/9 = 3,6*2/9 = 0,8 Вт.
N - мощность горелки,
t - искомое время,
Q - затраченное количество теплоты.
Разберемся поэтапно с Q.
На что наша горелка будет затрачивать энергию?
- плавление льда: λ m(л)
- нагрев образовавшейся воды до температуры кипения от начальной - нуля: c m(л) (100 - 0) = 100 c m(л)
- нагрев воды, которая уже находилась в сосуде: c m(в) (100 - 0) = 100 с m(в)
Таким образом, Q = λ m(л) + 100 c m(л) + 100 с m(в).
Запишем найденную формулу Q в формулу мощности:
N = ( λ m(л) + 100 c m(л) + 100 с m(в) ) / t,
откуда искомое время t:
t = ( λ m(л) + 100 c m(л) + 100 с m(в) ) / N.
Упростим выражение (выносим сотню и удельную теплоемкость воды за скобки):
t = ( λ m(л) + 100 c (m(л) + m(в)) ) / N,
t = ( 335*10^3 * 35*10^-2 + 10^2 * 42*10^2 * 9*10^-1) / 1,5*10^3,
t = (117250 + 378000) / 1,5*10^3,
t = (117,25 + 378) / 1,5 ≈ 330,16 c ≈ 5,5 мин