智156842907
在经典力学中,质量和能量之间是相互独立、没有关系;
在相对论力学中,能量和质量只不过是物体力学性质的两个不同方面而已。这样能量跟质量之间时存在关系的——质能方程。
以相对论来论,充满电,也即是将一定的能量充入电池中,那电池的重量会增加的。
虽然一般电池的本质就是电子在正极跟负极之间移动,但为了计算方面,我们采用更直观的质能方程计算,电池也计算常用的锂离子电池。质能方程如下。
目前商业锂离子电池能量密度基本在200-300Wh/kg之间,我们就按照最大的300Wh/kg计算。
1公斤电池充满电后能量增加△E为
1公斤电池增加的质量为
二吨重的电池充满电,重量增加为
这个数字是在太小了,小到没有啥概念
有初有终
提问者问将一个2吨重的电池充满电后,电池的重量是否会增加?可以这么说,只要电池充电时发生的化学反应有气体逸出,那么充满电后,电池的重量就会减小。下面我们以常用的铅酸蓄电池为例来介绍一下,蓄电池充放电时发生的化学变化。
▲ 铅酸蓄电池的充电原理。
铅酸蓄电池的阳极为过氧化铅,阴极为铅,电解液为硫酸。当蓄电池外部接上负载放电时,硫酸与阴阳两极发生化学反应,随着放电时间的增加,硫酸浓度越来越低。
▲ 铅酸蓄电池。
充电时,铅酸蓄电池极板上产生的硫酸铅会被还原为硫酸、铅及过氧化铅,此时电解液(即硫酸)的浓度又会增大。在充电的同时,电池阳极板上会有氧逸出,而阴极板上会有氢逸出,由于电池密封的并不是很严,故这些气体会逸出跑到空气中。若从重量上计算,虽然这些气体微乎其微,但电池的重量还是有所减小。
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答:在经典力学中,电池的充电和放电是化学变化,电池内部的自由电子和正离子发生转移,并没有与外界交换物质,所以电池的质量不变;在相对论当中,能量的变化必定伴随着质量的变化,但是电池充放电中的质量变化非常小,所以完全可以忽略掉。
能量和质量是物质的两种属性,在经典力学当中是独立的,分别有质量守恒定律和能量守恒定律,在相对论当中则是统一的,两者统一为质能守恒定律。
质量守恒定律
我们以锂电池为例,锂电池的工作原理是:正极材料使用LiMn2O4,负极材料使用石墨,充电时正极当中的Li获得电子,并向负极转移与石墨结合,放电的时候正好相反。
所以对整块理电池而言,理想情况下无论是充电还是放电,理论上流入和流出的电荷是守恒的,并没有多余的物质进出,根据化学反应当中的质量守恒定律,整块电池的质量不发生改变。
质能守恒定律
如果把这个问题放在相对论中,就需要考虑质量的亏损,因为相对论描述能量和质量是统一的,对于整块锂电池而言,充电之后包含的化学能是增加的,所以整块电池的质量必定也会增加。
我们以能量密度为600Wh/kg的锂电池为例(Wh是瓦特小时),对于一吨重的锂电池,完全充满电时包含的可释放能量为:
E=600*3600*10^3=2*10^9焦耳
根据质能方程,增加的质量为:
△m=E/c^2
=2.4*10^-8kg
=24μg
也就是说,对于一块一吨重的锂电池,理论上充满电后增加的质量只有24微克,与空气中漂浮的最小灰尘差不多一个数量级,完全可以忽略掉。
如果要深究其中的微观原理,要知道化学能的本质是原子之间的化学键,不同的化学键连接强度不一样,其中包含的能量也不一样,对于同样原子组成的化学键,包含能量越高,理论上相同原子的相对论质量也越高。
只不过化学键变化时的能量变化并不大,所以原子的质量变化是非常小的,在化学反应当中可以认为质量是守恒的,实际上存在微小区别,比如碳-12原子在不同的温度,以及不同的同素异形体当中,其质量也会存在微小差别。
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艾伯史密斯
说这个问题之前先要搞清楚什么是电池?电池储存的电到底是什么?我们知道,电和水一样,想要流动必须要有条件,高处的水流向低处形成水流,负极的电子流向正极形成电流,道理都一样。为什么会流动?因为不平衡。水压的不平衡导致水流,电荷的不平衡导致电流。所以,理论上任何物体都能做成电池,只要你能使它的电荷不平衡并维持。电池充电的过程其实是用外力把电池中一部分物质的电荷转移到另一部分物质上去,电池的放电过程其实就是被转移的这部分电荷又回老家了。在这过程中电池并没有得到或失去什么。由此可见,电池的质量不会发生什么变化!
用户92805446502
以我初浅的物理知识来回答吧,有不对的请指正!
充满电对于亏电前,原子分子是不变的,总电子数量也是差不多的,只是电子从一端跑到另一端了而已,相对于我们人类使用者而言,感觉充满电能量增加了,其实只是把电子从一端赶到另一端而已!这个电子流过电子元器件的过程才是做功!才会让大家感觉到它有能量!所以质量重量是不变!当然可能会有一点误差,有些电荷被带到接触面的空气了!但是估计是测量不到的!
没有美女图,给两张路边随拍!看官请将就!
YingAU
充满电的电池和没有电的电池在重量上是有区别的。我们可以用镍氢电池来距离,一个5号的镍氢电池满电和空电状态下,重量相差多少克忘记了,多年前有人测过了。这个差额有经验的人用手就能掂量出来
茶博士6581143
充电只是电能转变为化学能,化学反应中要尊循物质不灭定律,只要充电时电池内没有气体放出,电池的质量就不会减少,增加是绝对不可能的。
豫西小草
还没上升到质能转换的高度,只是物质能态的上升
高辉76390936
你睡着了叫你家人测下体重,醒着在测下不就知道了
夜不破
不会!电池的电能来源正负电子运动