
在经典力学中,电池的充电和放电是化学改动,电池内部的自由电子和正离子发作搬运,并没有与外界交流物质,所以电池的质量不变;在相对论傍边,能量的改动必定伴随着质量的改动,可是电池充放电中的质量改动十分小,所以可彻底疏忽掉。
能量和质量是物质的两种特点,在经典力学傍边是独立的,别离有质量守恒定律和能量守恒定律,在相对论傍边则是一致的,两者一致为质能守恒定律。
质量守恒定律
咱们以锂电池为例,锂电池的作业原理是:正极资料运用LiMn2O4,负极资料运用石墨,充电时正极傍边的Li取得电子,并向负极搬运与石墨结合,放电的时分正好相反。
所以对整块理电池而言,抱负情况下无论是充电仍是放电,理论上流入和流出的电荷是守恒的,并没有剩余的物质进出,依据化学反应傍边的质量守恒定律,整块电池的质量不发作改动。
质能守恒定律
假如把这样的一个问题放在相对论中,就需要细心考虑质量的亏本,由于相对论描绘能量和质量是一致的,关于整块锂电池而言,充电之后包括的化学能是添加的,所以整块电池的质量必定也会添加。
咱们以能量密度为600Wh/kg的锂电池为例(Wh是瓦特小时),关于一吨重的锂电池,彻底充满电时包括的可开释能量为:
E=600*3600*10^3=2*10^9焦耳
依据质能方程,添加的质量为:
△m=E/c^2
=2.4*10^-8kg
=24μg
也就是说,关于一块一吨重的锂电池,理论上充满电后添加的质量只要24微克,与空气中漂浮的最小尘埃差不多一个数量级,可彻底疏忽掉。
假如要深究其间的微观原理,要知道化学能的实质是原子之间的化学键,不同的化学键衔接强度不一样,其间包括的能量也不一样,关于相同原子组成的化学键,包括能量越高,理论上相同原子的相对论质量也越高。
只不过化学键改动时的能量改动并不大,所以原子的质量改动是十分小的,在化学反应傍边能够以为质量是守恒的,实际上存在细小差异,比方碳-12原子在不同的温度,以及不同的同素异形体傍边,其质量也会存在细小不同。
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