Задание OGEPHYS3A2CAA: Закон сохранения энергии в тепловых процессах. Уравнение теплового баланса:

Номинальная мощность каждого нагревателя P₀ = 400 Вт. Сеть имеет то же напряжение U, на которое рассчитан каждый нагреватель. Сопротивления одинаковы и в школьной модели постоянны. Для воды принимаем плотность 1000 кг·м⁻³: объём 1 л соответствует массе m = 1 кг. Изменение температуры Δt = 40 °C.
Для одного нагревателя P₀ = U²R. При последовательном соединении R_общ = 2R. Поэтому общая мощность двух нагревателей:
P = U²2R = P₀2.
P = 4002 Вт = 200 Вт.
Напряжение на каждом вдвое меньше напряжения сети, поэтому мощность каждого составляет четверть номинальной.
Потерь энергии нет. Удельная теплоёмкость воды c = 4200 Дж·кг⁻¹·°C⁻¹. Закон сохранения энергии:
Q = cmΔt = Pτ.
Выразим искомую величину:
τ = cmΔtP.
τ = 4200 · 1 · 40200 с = 840 с = 14 мин.
Проверка: электрическая энергия равна 200 · 840 = 168000 Дж. Вода получает 4200 · 1 · 40 = 168000 Дж. Эти значения совпадают. Учтена мощность всей цепи при последовательном соединении. Ответ: 840 с.