Для решения этой задачи мы должны использовать законы электричества и теплопроводности. Мощность нагревательного элемента связана с его сопротивлением и напряжением, подключенным к нему, по формуле:
[ P = \frac{{U^2}}{R} ]
Где:
( P ) - мощность элемента
( U ) - напряжение подключенное к элементу
( R ) - сопротивление элемента
Сопротивление ( R ) нагревательного элемента можно выразить через его длину ( L ), площадь поперечного сечения ( S ) и удельное сопротивление ( \rho ) материала:
[ R = \rho \cdot \frac{L}{S} ]
Для двух спиралей равной мощности под одним и тем же напряжением:
[ \frac{P_1}{P_2} = \frac{R_1}{R_2} ]
Поскольку у нас спирали одинакового сечения, то:
[ \frac{L_1}{L_2} = \frac{\rho_2}{\rho_1} ]
где ( L_1 ) и ( L_2 ) - длины железной и фехралевой спиралей, соответственно, а ( \rho_1 ) и ( \rho_2 ) - удельные сопротивления железа и фехраля.
Исходя из этих уравнений, мы можем определить отношение длин железной и фехралевой спиралей:
[ \frac{L_{\text{железа}}}{L_{\text{фехраля}}} = \frac{\rho_{\text{фехраля}}}{\rho_{\text{железа}}} ]
Таким образом, для поддержания одинаковой мощности при замене фехралевой спирали железной, длина железной спирали должна быть в ( \frac{\rho_{\text{фехраля}}}{\rho_{\text{железа}}} ) раз больше длины фехралевой спирали.