数理基础物理
 
一个关于E=mC^2 的问题
一个充满电的电池比它放完电之后的质量大吗?
我的答案是YES。
大家的看法呢?
1楼
理论上是的,但实际上质量变化小得测不出来~你需要储存9×10¹³J(换言之,250000kWh)的能量才会有1mg的质量变化~
2楼
电池放电充电没有质能转换,所以质量是不变的。
3楼
电池的原理是电能(场的势能)转变为化学键的势能,物理意义相同,所以问题来了:能量有没有静止质量?是不是能量越多质量越大?
4楼
电池充放电是化学反应,所以质量是不变的
5楼
引用 dadodo:
化学反应也有与能量变化相应的质量变化,但是实在太小,因此忽略不计。即使是能量变化最大的化学反应,1吨反应物的质量变化也只能在微克级别。

[修改于 3 个月前 - 2018-04-12 12:31:59]

6楼
引用 浪里黑条:
按你这个逻辑,把铁球从地面抬到楼顶,能量提高(势能增加),质量增加了?或者说,把水电解成氢气和氧气,整个系统的质量增加了?

[修改于 3 个月前 - 2018-04-12 20:04:44]

7楼
引用 Johnny-Wei:
后者会增加极小的质量没错,但是前者我还真没想过……
8楼
引用 浪里黑条:
也许更小更难以测量吧
refinder(作者)
9楼
我们这里讨论的不是质量的增加量是否可以测量,而是质量是否有所增加
10楼
引用 Johnny-Wei:
抬高铅球时铅球和地球的质量和应该增加。因为重力势能是对于系统来说的,是属于系统的。
质(或中)子的质量绝大多是由夸克的动能和夸克间的强相互势能提供的,同样是势能,重力势能应该也提供质量。
11楼
所以宇宙体积在无限变大,质量也在无限变大吗...  

[修改于 3 个月前 - 2018-04-30 20:31:18]

12楼

能量从充电器流向电池,请问多出来的质量是什么能转化过来的?你会发现能量守恒,从充电器那里得到多少能量,电池能量就增加多少,没有能量转化为质量,质量不增加。

13楼
引用:dsh 发表于12 楼的内容:
能量从充电器流向电池,请问多出来的质量是什么能转化过来的?你会发现能量守恒,从充电器那里得到多少能量.....

充电器不是发电机,发电机烧煤,假如收集燃烧前的煤和和氧气,燃烧后的灰,分别称量,会有质量亏损,每千克大约损失10的-10次方kg。因为发生了化学反应,一定有化学键的断裂和形成,而化学键是库伦力,不同的化学键键能不同,电场不同,场是有质量的,所以会有质量亏损。同理,充电会有质量增加。但都是微量而目前难以测量的。

14楼

这个公式描述的是两个物体有相对速度下动质量与动能的关系,电池的话好像不能这么理解

15楼

质能方程含义表明,质能方程没有质能转化的含义,质能方程只反映质量和能量在量值上的关系,二者不能相互转化。对一个封闭系统而言,质量是守恒的,能量也是守恒的。在物质反应和转化过程中,物质的存在形式发生变化,能量的形式也发生变化,但质量并没有转化为能量。质量和能量都表示物质的性质,质量描述惯性和引力性,能量描述系统的状态。按照楼主的说法是将充入电池的电能等价成质量了。

16楼

是的吧,在一定条件下能量和质量可以相互转化,比如原子核裂/聚变质量减小,释放能量。但这个公式应该适合于所有情况

17楼

在理想情况下,质量一定会增加,因为整个体系的能量提高了。

实际上,考虑到轻微漏气等因素,我认为电池的质量甚至可能会略微下降。

p.s.若采用合适的单位制,质能方程可写成无量纲形式,即E=m。

18楼
引用:jimmy06 发表于13 楼的内容:
充电器不是发电机,发电机烧煤,假如收集燃烧前的煤和和氧气,燃烧后的灰,分别称量,会有质量亏损,每千克.....

您在想一想,烧煤也没有质量亏损,是化学能全部转化为热能,没有能量的消失,也没有能量的产生,只是能量形式发生转化,因此也没有质量的亏损。

19楼

谁能科普质能方程的推导过程。

20楼
引用:dsh 发表于18 楼的内容:
您在想一想,烧煤也没有质量亏损,是化学能全部转化为热能,没有能量的消失,也没有能量的产生,只是能量形.....

烧煤有质量亏损,见13楼


21楼
引用:jimmy06 发表于20 楼的内容:
烧煤有质量亏损,见13楼

我的物理知识停留在高中水平,能和您讨论很开心

场没有静止质量,而您用的ΔE=(Δm)*(c)^2,是质能公式的推论,这个公式中的Δm指的是静止质量的变化量,您也可以看一下我写的内容,可以说,不管是充放电,还是燃烧,能量总和都没有变,因此静止质量也没有变化。

我怎么觉得您在钓鱼呢好吧这不重要,能开心地讨论才是最重要的

22楼
引用:虎哥 发表于19 楼的内容:
谁能科普质能方程的推导过程。

这个嘛,不会。当年上高中的时候,这个公式只要能简单地运用就可以了,不需要知道来历,大物也许会有涉及吧。当时有一个物理竞赛课,讲过一次,当时也没认真听,就忘了。

23楼
引用:dsh 发表于21 楼的内容:
我的物理知识停留在高中水平,能和您讨论很开心场没有静止质量,而您用的ΔE=(Δm)*(c)^2,是质.....

那个,1,E=mc2的m是相对论质量,不是静质量。

2,燃烧放热,放能,系统内能量减少了啊(发成电了),然后质量就亏损啦。

我也高中刚毕业,不过我参加过奥物提前学了大学物理

24楼
1
引用:dsh 发表于22 楼的内容:
这个嘛,不会。当年上高中的时候,这个公式只要能简单地运用就可以了,不需要知道来历,大物也许会有涉及吧.....

选修3-5较粗略的讲了这个公式,但是具体说明了适用范围是一切能量。某些物理老师讲课时可能会出于自己爱好进行推导(我们老师就干了,全班没人听懂)

25楼
引用:jimmy06 发表于23 楼的内容:
那个,1,E=mc2的m是相对论质量,不是静质量。2,燃烧放热,放能,系统内能量减少了啊(发成电了).....

这样啊,都半斤八两,那我就不用客气了。。唉好不容易在科创数理版看到一篇在我能力范围内的帖子让我多说几句。。

先不管那个m是相对论质量还是静止质量,您现在用的就是静止质量,这个没问题吧。咱们现在讨论的电池问题也不涉及m是哪一,毕竟电池的速度很低,讨论场的质量也是利用质能公式折合成的。而且您也并没有使用E=mc^2这个公式,您使用的是ΔE=(Δm)*(c)^2这个推论,这个公式里的Δm是静止质量没问题了吧。

您说的系统内能量减少了,分析一下。燃烧放热这个过程中,咱们就关心您所谓“系统减小的能量”,您认为系统减少了化学能并转化为质量,但您没认识到,系统内不仅有能量的减少,还有能量的产生,那就是热能,也就是物理中的“内能”,没错,燃烧过程中,您所谓“减少的能量”并没有凭空消失,也没有转化为质量,而是全部转化为了热能。我不知道这么说您能不能理解。

您说您参加过“奥物”,是奥赛吗,中国都普遍简称“物竞”,是这个吗?如果是的话您肯定完整且细心得阅读过《读本》吧,这是物竞的第一本入门必读书。您可以看一看读本第三册关于平均结合能的介绍,铁的平均结合能最高。如果按照您的理论,铁在纯氧中燃烧变成Fe3O4这个过程中,是谁的平均结合能升高了呢?是铁原子还是氧原子?显然都没有变化,因为同一种核素的平均结合能是定值。换句话说,只要核素没有发生变化,就不会有质量的变化。

26楼
引用:qwe 发表于24 楼的内容:
选修3-5较粗略的讲了这个公式,但是具体说明了适用范围是一切能量。某些物理老师讲课时可能会出于自己爱.....

嗯,同一个世界同一个老师。不知道为啥我们老师是按照课本讲,但除了高考前一个月,几乎没有带着我们看过课本,我们老师也就一带而过:“会在考试里用就行,毕竟咱们是应试教育。”然后稍微深入的讲了讲,对此不感兴趣的我们也在无尽的题海中忘得差不多了。

27楼

@dsh 看起来你也学物竞?

加个德尔塔就像求微分(只缺一个lim),各个物理量含义不变。E(静)=m(静)c^2  E(总)=m(相对论)c^2,二者相差一个动能(不过无关紧要,可以令反应前后机械运动速度不变)。

一般(理想)锅炉条件是等温(理想热源不就是等温嘛),这样就会对系统外传热,转化成的内能并不留在系统里。如果等容绝热就另当别论了,自然质量不变。

物质的质量并不都是由原子提供的(包括核子的静能和结合能提供的质量还有电子的静能),这一部分如你所说不变。但是还有电子的动能和所有电子、原子核产生的电场的能量提供的质量。化学反应中会有电子跃迁,很可能由基态变为杂化态,这会导致电子动能和其与原子核的电势能的改变。另外不同化学键键能不同,键长不同,电场强度、范围不同,也会导致电场质量的变化。我说的这一部分质量变化微乎其微,一般忽略,所以化学上质量守恒定律。但是真的质量不变吗?我补充的那一部分质量还是会变的。



想参与大家的讨论?现在就 登录 或者 注册

nkc production server  https://github.com/kccd/nkc.git

科创研究院 (c)2001-2018

蜀ICP备11004945号-2 川公网安备51010802000058号