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电池充满电后,重量会增加吗?

2020-09-10    
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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。

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。

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。

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。

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。

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。

当然,这个量非常非常的小,小到一般的仪器根本就测不出来,或者说一般仪器的误差都比这个数字小,就更不要说我们拿在手里会有感觉了。

其实,我们换一个角度思考一下,我们平时在使用手机时,手机常常有发热的状态,这其实就是处理器在高强度运算的结果,而这个热最后都散失掉了。要知道热本质上也是一种能量,也对应着质量,因此,在散热的过程中,实际上手机也在损失质量。

最后,我们从质能等价的角度来看这件事情,就会发现这个事情的本质并不简单,实际上,生活中的方方面面都涉及到了质量和能量的等价关系,大到氢弹原子弹,小到手机充电,不能仅凭肉眼和其他的感觉就给出判断。

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