充电宝满电和没电时质量一样吗,电到底是如

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本文参加百家号#科学了不起#系列征文赛。啊~会不会变呢？如果按传统的、初中的物理书的知识来说，质量是不会变的，因为电池在满电状态下与空电状态下是电中性的，也就是说它内部的电子与质子基本保持了一一对应的关系，所以并没有获得或失去什么。电池并不直接储存电能有些同学可能会有一定的误解——电池是不是像一个装电的水瓶？当满电时“某个容器”会充满电子，使用时其中的电子就会逐渐释放出去，用完电子就没有了，需要再次充电。嗯……如果真的有这样一个瓶子也不是不可以储存电能，只是无论从哪个角度来说都太不合理了。首先，因为电场具有吸引力，如果有一个“瓶子”中充满了电子，那必然会对周围的所有的东西产生吸引力，电场的吸引力相当大，也就是库仑力的比值非常高，导致特别容易积累灰尘甚至是一些奇奇怪怪的东西，这种特性无论怎么看都是相当糟糕的。其次，这种“电瓶”会产生非常高的电压。我们冬天脱毛衣释放的静电电压可以高达v，而这样的电压下也就只释放出了极其微弱的能量，如果想用它存储一个足以称为电池的能量，电压之高难以想象（原谅我的数学水平，找了一晚上发现自己算不出来……）。而一般的绝缘物质也就可以抵抗几千v的电压，所以我们几乎没法把这样一个带电的东西保存起来。最后，这样的“电瓶”其电压会随着放电剧烈波动，几乎没有办法控制。那么这样的“电子电瓶”是一个什么东西呢？其实是一个（理论上的）静电能存储器。化学电池的基础还记得小学时的实验“摩擦起电”吗，为什么摩擦会起电呢？那是因为虽然一般的物质虽然都是电中性的，但是其实它们的原子核对电子的吸引力是不同的，所以当我们用丝绸摩擦玻璃棒时，电子会被组成丝绸物质的原子核吸引过去一部分，这样玻璃棒就显示为带正电，而丝绸就显示为带负电。同样，不同金属元素之间对电荷的吸引力也是不一样的，如果把两块金属贴在一起，就会有一部分电子移动到其中一块金属上。例如铜与锌相比，铜固定电子的能力强于锌，所以它俩贴在一起的时候锌的电子会略少一点点，而铜的电子会略多一点点。而这正是现在我们使用的几乎所有化学电池的基础原理，通过这种电子不平衡，我们可以将一些化学反应拆分成两个步骤，本来应该作为热能释放的化学能，变成了源源不断的存在电压差的两个电极间的电流。这样的电池有着诸多好处，比如电压相对稳定，比较安全，不会对外界造成不利影响等。那么作为可以充电的电池，也就是充电宝的电芯，充电的过程是什么呢？也就是让放电时的化学反应反着来，也就是电能变成化学能的过程。说起来，化学能到底是什么？其实就是储存在电子轨道中的能量，说起来本质也是一种电能，只不过是储存于原子级的，需要遵循一定规则才能释放的能量。所以说，给充电宝充电时，其中的原子核，电子，数量都没有发生变化，唯一发生变化的是电子的位置，通过形成不同的化合物，电子进入了能级更高的轨道，储存了能量。真的没有质量变化吗？这样看来，充电前后似乎并没有增加什么重量。但是在狭义相对论出现后，我们知道了能量也是质量，质量也是能量，这两个东西其实是一体两面。热东西比冷的东西要重一点点，惯性也要比冷的东西大一点点。这是一个颠覆中学级物理认知的知识。那么既然我们给充电宝充满了，也就增加了一点能量，现在就让我们来算算这些能量大约是多少重量吧！首先我们要将充电宝的能量换算成科学的能量单位，公式如下。电能=电压×电流×时间毫安时的充电宝，也就是以5V的电压毫安（10安）的电流放电1个小时（秒）的能量。就算不上计算器，也能口算出充电后储存了大约J的能量。现在我们只需要用狭义相对论中妇孺皆知的E=mc^2，就可以轻松算出充电宝增加了2*10^-12克。这大概是多重呢？差不多是一粒pm2.5的30分之一，和一枚大肠杆菌不相上下。这种重量小到几乎无法被测量，当你将它静置于桌面上时，就有无数的细菌与灰尘在上面附着又离去，所以从实际意义上来说，我们可以认为充电前后没有增加重量。这就是充电宝中能量的秘密啦，是不是既无聊又有趣呢？我是酋知鱼，一个有点东西的科学作者，欢迎