Объяснение:
Сторонние силы совершают работу по перемещению электрических зарядов. Физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС), действующей в цепи:
ЭДС = Aст/q.
Внутреннее сопротивление возникает из-за взаимодействия электронов проводимости с ионами источника (например, в аккумуляторной батарее).
При включении внешнего сопротивления:
U = ЭДС - I·r
То есть напряжение равно ЭДС минус падение напряжения внутри источника тока.
R - сопротивление одной секции кипятильника
R/2 - сопротивление нагревателя при параллельном соединении секций
I1 = ЭДС/(r+R/2) - ток в цепи нагревателя при параллельном соединении
U1 = I1*R/2 = ЭДС*R/2/(r+R/2) - напряжение на нагревателе при параллельном соединении
P1 = U1*I1 = ЭДС^2*R/2/(r+R/2)^2 - мощность нагревателя при параллельном соединении
2*R - сопротивление нагревателя при последовательном соединении
I2 = ЭДС/(r+2*R) - ток в цепи нагревателя при последовательном соединении
U2 = I1*2*R = ЭДС*2*R/(r+2*R) - напряжение на нагревателе при последовательном соединении
P2 = U2*I2 = ЭДС^2*2*R/(r+2*R)^2 - мощность нагревателя при параллельном соединении
в обоих случаях время нагрева одинаково, значит мощность одинакова P1=P2
ЭДС^2*R/2/(r+R/2)^2 = ЭДС^2*2*R/(r+2*R)^2
4*(r+R/2)^2 = (r+2*R)^2
2*(r+R/2) = (r+2*R)
2*r+R = r+2*R
r = R
ток короткого замыкания I кз = ЭДС/r = ЭДС/R = 15/4 А = 3,75 А
