С точки зрения обычной бытовой логики может показаться, что разряженный аккумулятор легче, ведь из него «ушёл заряд». Однако на самом деле разница в массе между заряженным и разряженным аккумулятором ничтожно мала и не ощутима никакими весами, кроме самых точных физических. Если же говорить строго, то заряженный аккумулятор микронно, но тяжелее. Почему — разберёмся.
Миф об «ушедших электронах»
Часто думают: при разряде электроны вытекают из аккумулятора, а электроны имеют массу, значит, батарея худеет. На самом деле электроны не «уходят» из системы. Они просто перемещаются по внешней цепи от отрицательного электрода к положительному, совершая работу. Общее количество электронов внутри замкнутого аккумулятора (включая химические связи) остаётся неизменным.
Химия: масса реагентов сохраняется
В любом химическом источнике тока (и свинцово-кислотном, и литиевом) при разряде одни вещества превращаются в другие. Закон сохранения массы работает неукоснительно: сколько граммов реагентов вступило в реакцию, столько же граммов продуктов получилось.
— Свинцово-кислотный: разряд: Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ → 2PbSO₄ + 2H₂O. Масса твёрдых веществ и жидкости не меняется.
— Литий-ионный: ионы Li⁺ перемещаются между электродами, но атомы никуда не исчезают.
Таким образом, с точки зрения химии, масса заряженного и разряженного аккумулятора одинакова.
Физика: эффект Эйнштейна
Здесь вступает в силу знаменитая формула E=mc². Энергия имеет эквивалентную массу. Заряженный аккумулятор обладает большей химической энергией, чем разряженный. Эта разница энергий ΔE соответствует массе Δm=ΔE/c².
Посчитаем для типовой батареи ёмкостью 1 кВт·ч (3.6х10⁶ Дж):
Для справки: масса одной песчинки около 10 миллиграммов (10-⁸ кг). 40 пикограммов это в 250 тысяч раз меньше массы песчинки. Никакие промышленные или лабораторные весы, кроме уникальных физических установок, не смогут уловить эту разницу.
Итог для практики
Для оператора спецтехники, кладовщика или даже для самого точного складского оборудования масса заряженного и разряженного аккумулятора абсолютно одинакова. Не имеет значения, ставить ли батарею на зарядку полной или пустой — вес не изменится.
Короткий ответ для тех, кто хочет блеснуть эрудицией:
Заряженный аккумулятор на неизмеримо малую величину (пикограммы на киловатт-час) тяжелее разряженного за счёт эквивалентной массы запасённой энергии, но в реальных условиях, в том числе при взвешивании техники, разница отсутствует.