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.