將二噸重的電池充滿電,相比較無電時,滿電的電池會增加重量嗎?

智156842907


在經典力學中,質量和能量之間是相互獨立、沒有關係;

在相對論力學中,能量和質量只不過是物體力學性質的兩個不同方面而已。這樣能量跟質量之間時存在關係的——質能方程。

以相對論來論,充滿電,也即是將一定的能量充入電池中,那電池的重量會增加的。

雖然一般電池的本質就是電子在正極跟負極之間移動,但為了計算方面,我們採用更直觀的質能方程計算,電池也計算常用的鋰離子電池。質能方程如下。

目前商業鋰離子電池能量密度基本在200-300Wh/kg之間,我們就按照最大的300Wh/kg計算。

1公斤電池充滿電後能量增加△E為

1公斤電池增加的質量為

二噸重的電池充滿電,重量增加為

這個數字是在太小了,小到沒有啥概念


有初有終


提問者問將一個2噸重的電池充滿電後,電池的重量是否會增加?可以這麼說,只要電池充電時發生的化學反應有氣體逸出,那麼充滿電後,電池的重量就會減小。下面我們以常用的鉛酸蓄電池為例來介紹一下,蓄電池充放電時發生的化學變化。


鉛酸蓄電池的充電原理。

鉛酸蓄電池的陽極為過氧化鉛,陰極為鉛,電解液為硫酸。當蓄電池外部接上負載放電時,硫酸與陰陽兩極發生化學反應,隨著放電時間的增加,硫酸濃度越來越低。


鉛酸蓄電池。

充電時,鉛酸蓄電池極板上產生的硫酸鉛會被還原為硫酸、鉛及過氧化鉛,此時電解液(即硫酸)的濃度又會增大。在充電的同時,電池陽極板上會有氧逸出,而陰極板上會有氫逸出,由於電池密封的並不是很嚴,故這些氣體會逸出跑到空氣中。若從重量上計算,雖然這些氣體微乎其微,但電池的重量還是有所減小。


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答:在經典力學中,電池的充電和放電是化學變化,電池內部的自由電子和正離子發生轉移,並沒有與外界交換物質,所以電池的質量不變;在相對論當中,能量的變化必定伴隨著質量的變化,但是電池充放電中的質量變化非常小,所以完全可以忽略掉。


能量和質量是物質的兩種屬性,在經典力學當中是獨立的,分別有質量守恆定律和能量守恆定律,在相對論當中則是統一的,兩者統一為質能守恆定律。

質量守恆定律

我們以鋰電池為例,鋰電池的工作原理是:正極材料使用LiMn2O4,負極材料使用石墨,充電時正極當中的Li獲得電子,並向負極轉移與石墨結合,放電的時候正好相反。

所以對整塊理電池而言,理想情況下無論是充電還是放電,理論上流入和流出的電荷是守恆的,並沒有多餘的物質進出,根據化學反應當中的質量守恆定律,整塊電池的質量不發生改變。


質能守恆定律

如果把這個問題放在相對論中,就需要考慮質量的虧損,因為相對論描述能量和質量是統一的,對於整塊鋰電池而言,充電之後包含的化學能是增加的,所以整塊電池的質量必定也會增加。

我們以能量密度為600Wh/kg的鋰電池為例(Wh是瓦特小時),對於一噸重的鋰電池,完全充滿電時包含的可釋放能量為:

E=600*3600*10^3=2*10^9焦耳

根據質能方程,增加的質量為:

△m=E/c^2

=2.4*10^-8kg

=24μg

也就是說,對於一塊一噸重的鋰電池,理論上充滿電後增加的質量只有24微克,與空氣中漂浮的最小灰塵差不多一個數量級,完全可以忽略掉。

如果要深究其中的微觀原理,要知道化學能的本質是原子之間的化學鍵,不同的化學鍵連接強度不一樣,其中包含的能量也不一樣,對於同樣原子組成的化學鍵,包含能量越高,理論上相同原子的相對論質量也越高。

只不過化學鍵變化時的能量變化並不大,所以原子的質量變化是非常小的,在化學反應當中可以認為質量是守恆的,實際上存在微小區別,比如碳-12原子在不同的溫度,以及不同的同素異形體當中,其質量也會存在微小差別。


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艾伯史密斯


說這個問題之前先要搞清楚什麼是電池?電池儲存的電到底是什麼?我們知道,電和水一樣,想要流動必須要有條件,高處的水流向低處形成水流,負極的電子流向正極形成電流,道理都一樣。為什麼會流動?因為不平衡。水壓的不平衡導致水流,電荷的不平衡導致電流。所以,理論上任何物體都能做成電池,只要你能使它的電荷不平衡並維持。電池充電的過程其實是用外力把電池中一部分物質的電荷轉移到另一部分物質上去,電池的放電過程其實就是被轉移的這部分電荷又回老家了。在這過程中電池並沒有得到或失去什麼。由此可見,電池的質量不會發生什麼變化!


用戶92805446502


以我初淺的物理知識來回答吧,有不對的請指正!



充滿電對於虧電前,原子分子是不變的,總電子數量也是差不多的,只是電子從一端跑到另一端了而已,相對於我們人類使用者而言,感覺充滿電能量增加了,其實只是把電子從一端趕到另一端而已!這個電子流過電子元器件的過程才是做功!才會讓大家感覺到它有能量!所以質量重量是不變!當然可能會有一點誤差,有些電荷被帶到接觸面的空氣了!但是估計是測量不到的!

沒有美女圖,給兩張路邊隨拍!看官請將就!


YingAU


充滿電的電池和沒有電的電池在重量上是有區別的。我們可以用鎳氫電池來距離,一個5號的鎳氫電池滿電和空電狀態下,重量相差多少克忘記了,多年前有人測過了。這個差額有經驗的人用手就能掂量出來


茶博士6581143


充電只是電能轉變為化學能,化學反應中要尊循物質不滅定律,只要充電時電池內沒有氣體放出,電池的質量就不會減少,增加是絕對不可能的。


豫西小草


還沒上升到質能轉換的高度,只是物質能態的上升


高輝76390936


你睡著了叫你家人測下體重,醒著在測下不就知道了


夜不破


不會!電池的電能來源正負電子運動


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