Определим, для начала, величину одинаковых сопротивлений.
Так как минимальный ток в цепи, при постоянном напряжении, будет зафиксирован, согласно закону Ома, при максимальном сопротивлении этой цепи, то, очевидно, значение тока I(min) = 0,625 A соответствует последовательному соединению всех трех сопротивлений с нагрузкой.
Тогда: U = I · (3R + Rh) = I · (2R + 30)
2R = U/I - 30 = 30 : 0,625 - 30 = 18
R = 9 (Ом)
Сопротивление нагревателя, таким образом:
Rh = 30 - 9 = 21 (Ом)
------------------------------------
Максимальное показание вольтметра будет при величине сопротивления группы резисторов R, стремящейся к нулю. Из всех типов соединений данной группы одинаковых резисторов, минимальное сопротивление группы будет при их параллельном соединении:
R' = R/3 = 9 : 3 = 3 (Ом)
В этом случае имеем два резистора, соединенных последовательно, сопротивлением 3 Ом и 21 Ом, соответственно.
Ток в цепи: I(max) = U : (R' + Rh) = 30 : 24 = 1,25 (A)
Напряжение на нагревателе (показание вольтметра):
U(max) = I(max) · Rh = 1,25 · 21 = 26,25 (B)
---------------------
Минимальное показание вольтметра будет при величине сопротивления группы резисторов R, стремящейся к бесконечности. Из всех типов соединений данной группы одинаковых резисторов, максимальное сопротивление группы будет при их последовательном соединении:
R'' = 3R = 3·9 = 27 (Ом)
В этом случае имеем два резистора, соединенных последовательно, сопротивлением 27 Ом и 21 Ом, соответственно.
Ток в цепи: I(min) = U : (R'' + Rh) = 30 : 48 = 0,625 (A)
Напряжение на нагревателе (показание вольтметра):
U(min) = I(min) · Rh = 0,625 · 21 = 13,125 (B)
----------------------------
Минимальный интервал времени для нагрева воды будет при максимальном токе в нагревателе.
Количество теплоты, необходимое для нагрева 5 л (5 кг) воды:
Q = cm(t₂ - t₁) = 4200·5·90 = 1,89·10⁶ (Дж)
Количество теплоты, образованное при прохождении максимального тока через нагреватель (закон Джоуля-Ленца):
Учитывая 1 ч. = 3600 с, получим:
t = 57600 : 3600 = 16 (ч)
