充满电的手机比没电时更重?许多人都错了

电池充电会变重?如果有人问你 , 手机电池没电的时候与满电的时候相比 , 哪一个更重?你的回答是什么?
对于这个问题一般有两种答案:一种是电池充满电会更重 , 另一些人会说充电前后重量没变化 , 几乎没有人说充电后更轻 。
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手机充满电会变重?
为什么会觉得电池变重?这多半出于人们对电以及能量的误解 。
正确答案应该是:手机电池无论是没电还是满电 , 它的重量不会有变化 。
充电是向电池里灌电子吗?不是 。 就跟放电时电池没有减少电子一样 , 当你插上充电插头 , 也不会向电池里添加更多的电子 。 在闭合电路中 , 任一时刻流出电源的电子数量与流入的电子数量总体相等 。
初中物理教科书告诉我们电子的定向移动形成电流 , 这是一种容易被初中孩子所理解的解释方式 。 事实上在电路中电子的移动速度很慢 , 而电流的速度却极快 , 这是因为电流实质上是电磁波能量在电路中的传递 , 自由电子只不过被电势差驱使着在电路里移动罢了 。 换句话说 , 电子的运动是电流的结果而非原因 。
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电路中电子与电流方向相反
电池的电子都流到哪里去了呢?它们从负极流向正极 , 其总的数量并没有发生改变 。
同样地 , 充电的过程并不是把电子“灌”进电池 , 它只是通过向电池两极施加电压 , 充电的电能让它里边的化学物质发生化学反应 , 产生另一种物质罢了 。
【充满电的手机比没电时更重?许多人都错了】打一个比方:你将一大桶水从一楼拎到三楼 , 你向这桶水做功 , 使水有了更高的势能 。 水的质量因你做功而增加了吗?并没有 , 你做的功只是改变了它的势能 , 并不能改变水的质量 。
电池中的能量等效于质量吗?不能 。 在这里我们需要厘清能量与质量的关系 。
有人说充电使电池拥有了更多的能量 , 按照爱因斯坦提出的质能方程 , 能量等效于质量 , 因此电池充满电后质量会增加 , 它会更重 。 听起来似乎无懈可击 , 但可惜这样理解也是错误的 。
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爱因斯坦的质能方程经常被误用
质量是什么?质量是物质的量 , 它体现为物质的惯性大小 。
我们给电池充电的过程改变了电池的惯性吗?有些人倾向于说“是” , 因为充电就是向电池输送电势能 , E增加了 , 光速C不变 , 质量m必然随之增加 。 因此有人说充满电的电池会更重 , 只不过这种质量的增加极其微小 , 比一粒灰尘还要轻许多倍 , 我们无法测量 , 只能通过质能方程的计算来判断电池到底重了多少 。
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电池中的电能不等效于质量
其实这种理解并不正确 。 因为存储在手机锂电池中的“能量”是化学势能 , 它从根本上不同于其它形式的能量。 化学势能对能量动量没有贡献 , 这意味着它对电池的惯性没有贡献 , 因此电池的质量并不会增加或减少 。
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锂离子电池充放电原理
由上面锂离子电池的原理图我们可以看到 , 电池的充放电过程就是锂离子在电池阴极与阳极间的搬运过程 。 充电时 , 在外部电场的作用下 , 阴极材料中大量锂离子被搬运到阳极的石墨孔穴里 , 从而使电池拥有化学势能;而在放电时 , 位于阳极的锂离子会回到阴极 。
在这个充放电循环过程中 , 电池里的物质并没有溢出到电池外面 , 也没有从外部吸收物质 , 整个电路中自由电子的数量没变 , 因此它的质量也不会发生变化 。
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干电池也是封闭型电池 , 它的质量不会变化
不只是手机锂电池 , 包括我们常见的干电池和纽扣电池 , 它们在充放电前后也不会发生质量变化 , 唯一变化的只是其内部化学物质的成分 。
有的电池充电后会变轻并不是所有电池充放电都不会发生质量变化 。
有些化学电池 , 比如汽车上常用的铅酸蓄电池 , 它在充电的过程中就会发生质量变化 。 这是因为铅酸电池的电解液是硫酸和水的混合物 , 在大电流充电的过程中 , 正负极施加的电压会电解一部分水 , 所产生的氢气和氧气会通过排气孔释放到空气中 。 电池里的水越用越少 , 它也变得越来越轻 , 因此我们过一段时间需要向里边补充一些纯水 。