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在經典力學中，電池的充電和放電是化學變化，電池內部的自由電子和正離子發生轉移，並沒有與外界交換物質，所以電池的質量不變；在相對論當中，能量的變化必定伴隨着質量的變化，但是電池充放電中的質量變化非常小，所以完全可以忽略掉。

能量和質量是物質的兩種屬性，在經典力學當中是獨立的，分別有質量守恆定律和能量守恆定律，在相對論當中則是統一的，兩者統一爲質能守恆定律。

質量守恆定律

我們以鋰電池爲例，鋰電池的工作原理是：正極材料使用LiMn2O4，負極材料使用石墨，充電時正極當中的Li獲得電子，並向負極轉移與石墨結合，放電的時候正好相反。

所以對整塊理電池而言，理想情況下無論是充電還是放電，理論上流入和流出的電荷是守恆的，並沒有多餘的物質進出，根據化學反應當中的質量守恆定律，整塊電池的質量不發生改變。

質能守恆定律

如果把這個問題放在相對論中，就需要考慮質量的虧損，因爲相對論描述能量和質量是統一的，對於整塊鋰電池而言，充電之後包含的化學能是增加的，所以整塊電池的質量必定也會增加。

我們以能量密度爲600Wh/kg的鋰電池爲例（Wh是瓦特小時），對於一噸重的鋰電池，完全充滿電時包含的可釋放能量爲：

E=600*3600*10^3=2*10^9焦耳

根據質能方程，增加的質量爲：

△m=E/c^2

=2.4*10^-8kg

=24μg

也就是說，對於一塊一噸重的鋰電池，理論上充滿電後增加的質量只有24微克，與空氣中漂浮的最小灰塵差不多一個數量級，完全可以忽略掉。

如果要深究其中的微觀原理，要知道化學能的本質是原子之間的化學鍵，不同的化學鍵連接強度不一樣，其中包含的能量也不一樣，對於同樣原子組成的化學鍵，包含能量越高，理論上相同原子的相對論質量也越高。

只不過化學鍵變化時的能量變化並不大，所以原子的質量變化是非常小的，在化學反應當中可以認爲質量是守恆的，實際上存在微小區別，比如碳-12原子在不同的溫度，以及不同的同素異形體當中，其質量也會存在微小差別。

人類現在在生物、化學等自然學科技術發展的突飛猛進，給原本好奇心強烈的人們帶去了豐富多彩的精神食糧。人類在探索與發明的同時給自我價值以肯定，人們在享受科技帶來的福祉的同時也收穫了快樂。以上就是本期關於科學探索的事情了，大家有什麼想法呢，歡迎在評論區告訴小編一起討論哦！