科学电池满电和没电,重量有差异吗?


关于这个“电池充满电后 , 重量会增加吗?”的问题 , 我们先来得出一个结论 , 手机没电和有电状态下的重量是不同的 , 没有电更轻 , 有电更重 。 那为什么会这样的呢?这还需要从爱因斯坦的相对论说起 。
质能等价
有一个方程 , 我们都十分熟悉 , 那就是E=mc^2 , 这是大名鼎鼎的质能方程 , 是由物理学家爱因斯坦提出来的 。
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但是这个方程也是被误解得最深的物理学方程 。 很多人都认为这个方程所表述的是“转化关系” , 就拿氢弹来说 , 很多人认为这个过程是反应前后 , 损失了质量 , 质量转化为了能量 , 释放出来 。 但实际上 , 这个看法是对质能方程的一个误解 。 这就好比 , 很多人以为是爱因斯坦制造了原子弹 , 但实际上 , 爱因斯坦提出质能等价时是1905年 , 而后来真正搞清楚原子弹原理其实已经到了1937年 , 原子弹和氢弹的原理一个是核裂变 , 一个是核聚变 , 质能方程只是解释了为什么能量会这么大 , 而不是原理 。 这是两个很典型的误解 , 目前许多大学教材也特意把这部分“误解”辟谣了一下 。
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那质能等价具体是什么意思呢?
这个方程代表的本质上是一种“等价关系” 。 具体来说就是 , 爱因斯坦统一了质量和能量 , 他认为质能其实是一回事 , 也就是说 , 质量里有能量 , 能量里也有质量 , 它们类似于物质的两个属性 , 有质量就一定会有能量 , 有能量就一定会有质量 , 这是爱因斯在1905年发表 , 而这篇论文翻译过来其实就叫做:质能等价 , 而非质能转化 。
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可能这样还是太抽象 , 我们来举个例子 , 帮你理解一下 。 我们可以以钱来做例子 。 假设你有一笔钱 , 你可以把它兑换成美元 , 也可以兑换成人民币 , 或者一部分美元 , 一部分人民币 。 但是 , 无论你如何兑换 , 这部分钱在这一时刻 , 它的总价值是不变的 。 而这里的美元就类似于能量 , 人民币就类似于质量 , 你可以随时把人民币等价成美元来看 , 同理 , 你也可以随时把美元等价成人民币来看 , 而汇率就类似于质能方程里的c^2 , 因此 , 我们就可以得到 , 美元=人民币*c^2 , 如果把美元换成能量 , 人民币换成质量 , 也就是E=mc^2 。
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所以 , 当你损失人民币时 , 其实你也是在失去美元 , 同理 , 氢弹爆炸 , 损失了质量 , 实际上也是损失能量 , 而爆炸损失的能量是释放出去的 。 我们可以说 , 是损失的质量 , 等价于相应的能量释放了出来 。
电池充满电后 , 重量会增加吗?
了解了质能等价 , 现在我们再来看看手机充电的问题 。 我们要知道的是 , 手机充电的过程 , 其实是电能 。 电能就是一种能量形式 , 依照着上文中质能等价的知识 , 我们就可以知道 , 电能也有质量 , 因为能量和质量是统一的 , 可以用E=mc^2来表述 。
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假设一部手机的电容量是4000mAh(标称电压是3.7V) , 当它没有没有电时 , 开始给它进行充电 , 那它储存的能量E=UIt=3.7V*4000mA*3600s=53280J 。
然后 , 我们用质能方程E=mc^2来求解质量 , m=E/c^2=53280J/9*10^8=5.92*10^-13kg 。
也就是说 , 完全没有电的情况下 , 比充满电要轻5.92*10^-13kg 。