Становится ли электрическая машина тяжелее при зарядке? 

Спрашивает
Roman Markin
#Tesla
+1
#автомобили
24.09.2023
28 646
Средний вопрос

Сначала дам короткий ответ: теоретически — да, но на практике это проверить невозможно. Для подробного же ответа нам придется пройтись по нескольким «уровням сложности» физики и определиться с условиями вопроса. Начнем с последнего пункта — допустим, подразумевается некий условно-стандартный электромобиль с литий-ионной аккумуляторной батареей, который заряжается от стационарного зарядного устройства в гараже или на улице.

На бытовом уровне понимания происходящих с электромобилем процессов его масса в ходе зарядки и разрядки никак изменяться не должна. Химические реакции, соответствующие запасанию и отдаче энергии, проходят внутри герметичных аккумуляторных ячеек, никакого обмена материей с внешней средой нет. Тут с нами согласится вся «классическая физика» — ньютоновская механика, термодинамика и электродинамика. Ничего не изменится даже в том случае, если посчитать массу входящих и выходящих из батареи электронов — они все равно двигаются по замкнутому контуру и возвращаются обратно, выполнив свою работу в электромоторе (либо получив энергию в инверторе зарядного устройства).

Прежде чем перейти далее, отметим главное — любые эксперименты с реальным электромобилем покажут, что его масса не изменяется в процессе зарядки или разряда. Даже самые точные и чувствительные весы скорее заметят оседающую на машину пыль или прибавку в массе окисляющихся на воздухе тормозных дисков.

Также не стоит забывать о теоретически возможных случаях, когда аккумулятор не герметичен и обменивается с окружающей средой газами или жидкостями. Существуют же воздушно-цинковые и свинцово-кислотные батареи. Если в каком-то электромобиле используются они, то при работе (зарядке) их масса может изменяться в некоторых пределах.

Но за последние полтора века родились теория относительности и квантовая механика, и наше понимание физических процессов стало гораздо более глубоким. В частности, мы узнали об эквивалентности массы и энергии. Да, та самая формула E=mc2. С практической точки зрения ее имеет смысл применять либо для очень быстро движущихся объектов, либо для очень массивных, либо для имеющих огромную энергию. Но мы все равно попробуем.

Емкость батарей электромобилей измеряют в киловатт-часах, но нам нужна Международная система единиц: один киловатт-час — это 3 600 000 джоулей. Чтобы узнать «массу» этой энергии, нам нужно разделить ее на скорость света в квадрате. То есть 3 600 000 делим на 89,875 триллионов. Таким образом, эквивалент одного киловатт-часа энергии — примерно 0,04 микрограмма.

Удельная энергия массовых литий-ионных батарей составляет от 200 до 300 ватт-часов на килограмм, то есть аккумулятор емкостью в один киловатт-час будет весить от трех с половиной до пяти килограмм. Иными словами, зарядка и разрядка изменят ее массу менее чем на одну десятимиллиардную долю процента. В мире нет весов, которые бы смогли такую слабую разницу заметить — даже если бы нам удалось избавиться от любых других помех, вроде испарения влаги с поверхности батареи и окисления ее контактов.

Комментарии

48 Комментариев

Становится ли сжатая пружина тяжелее? Или вода, поднятая на один км в высоту?
    Василий
    27.09.2023
    -
    0
    +
    В практическом смысле -- нет. С точки зрения полной энергии тела -- да, инертность тела увеличивается на некоторую теоретически рассчитываемую, но незаметную на практике величину
-
0
+
Данная статья есть чистейшая профанация от очередного "персонажа" который абсолютно не понимает физики процесса и рассуждает об электричестве с позиции знаний школьного уровня (к сожалению даже среди профессианальных электриков абсолютное большинство довольствуется этим детским обьяснением). Какие нафиг электроны, какое нафиг их движение?! Это упрощение необходимое для бытового понимания электричества. Советую автору прежде чем изливать свой поток сознания ознакомиться с матчастью. Для заинтересованых в реальном понимании физики процесса существет такая дисциплина как квантовая электродинамика.
    Василий
    27.09.2023
    -
    0
    +
    Бытовое понимание электричества вообще никаких электронов не требует. Как описывать электрический ток зависит только от того, насколько высокая точность расчетов требуется в конкретной ситуации. Надо вдаваться в электрохимию -- описываем движением электронов, надо углубляться в мельчайшие квантовые эффекты -- уходим в КЭД. При желании хоть и теорию струн можно привлечь, было бы не лень. Правда, пассаж про "реальное понимание физики" показывает, что концепцию используемой описательной модели тут не понимаю не я. Любой, кто именно осознал, а не зазубрил программу физики хотя бы до второго курса знает, что никакого реального понимания ни одна модель не дает. У каждой из них есть ограничения и неточности, которыми пренебрегают в угоду конкретным задачам.
Извините, но вы совсем не понимаете формулы, которая связывает энергию с массой! Она отражает количество энергии, если вся масса анигилирует. Вот смотрите - у вас есть отдельно кислота, свинцовые пластины из двуокиси свинца и губчатого свинца. Все по раздельности они не дают вообще никакой энергии, но в сумме имеют полную энергию, как M1xC² + M2xC² + M3xC². Если мы их соберём в устройство, то оно сможет давать энергию, но суммарная масса не поменяется. И даже после того, как батарея отдаст часть энергии на работу, просто произойдёт химическая реакция, но масса вещества не изменится. А значит и полная энергия тела тоже останется неизменной!
    Василий
    27.09.2023
    -
    0
    +
    Начать можно хотя бы с определения термина "масса" и дальше очень долго дискутировать. Сам по себе ответ на вопрос закончен и осмысленен. В нем же есть ремарка, что СТО тут приплетать практического смысла нет. И сделано это в качестве баловства. Собственно, лет через пятьдесят ютуберы будущего будут по приколу проводить такие же эксперименты с заряженными и разряженными накопителями энергии, если появятся способы измерять инертность тела с достаточной для обнаружения этих десятков нанограмм на киловатт-час емкости.
bast alks
27.09.2023
-
1
+
Сильно подозреваю что никаких микрограммов не будет, там новых электронов не добавляется, вещество не возникает и лишней силы чтобы сдвинуть лишнюю массу не надо, а заряд батареи только потенциальный , как с потенциальной энергией груза подвешенного на высоте (у него что масса больше ?) или сжатой пружины. Не бросай груз он не выделит энергию при падении, не соединяй контакты и энергии нет. Энергия это суть движение, передача энергии передача движения , в батарее подвинули электроны и они пихают взад но пока не включишь вроде её и нет, хотя напряглась сильно , да :) Вообще , физики слишком затеотретизировались (стали похожи на математиков), можно долго высчитывать количество ног у мухи согласно священным текстам но лучше изучить саму муху. Электрон это неведомая фигня Взаимодействия электронов списывают на какие-то мутные поля и забыли что материя материальна, почему-то для описания распространения звуковой волны какие-то поля не нужны и смешны хотя красиво было бы , а для описания схожего распространения электромагнитной волны без полей ну никуда. Волна - передача импульса от частицы к частице, прямое указание на ещё более мелкие (и значительно(очень очень :) ) ) чем электрон носители этой волны. Но изучение этих частиц не проводится. Поэтому , что там может добавиться ,чтоб выросла масса ,неизвестно, можно только буквы в формуле двигать и надеяться что формула применима.
    Василий
    27.09.2023
    -
    0
    +
    >Вообще , физики слишком затеотретизировались Начали за здравие, где еще можно интересно ответить, а вот тут и далее -- закончили за упокой. Не надо так. Дедушка Фейнман просто и понятно многие вещи про всякие там волны и поля объяснил, попробуйте.
Alekseib
26.09.2023
-
1
+
Интересно что будет, если одновременно все люди на земле подпрыгнут..)
Artur Gabdraupov
26.09.2023
-
1
+
Вес батарей "электромобиля" , это вес её электрохимических батарей , которые подвергаются процессу химического гидролиза материла . А процесс заряда батареи , это всего лишь активация химического элемента . см. процесс окисления металла . 2023г.
Конечно станет тяжелее на 10-12кг. Если положить назад в багажник кабель которым заряжали этот автомобиль
-
-4
+
Только у конченного дебила мог возникнуть такой вопрос
По факту мы ничего не привносим в батарею, электроны туда не перетекают, что бы получить представление о том что примерно происходит в самой батарее, достаточно представить электронно-дырочную проводимость в полупроводниках. Похожий процесс идёт и в батарее, электроны отрываются и идут в одну часть батареи, а вакантные места в другой части батареи. Система в этот момент находится в состоянии возбуждения и чем больше электронов оторвали, тем больше параметры заряда. Возвращая электроны на место мы уменьшаем заряд батареи. Считай мы при зарядке "рвём атомы на части"
Naill S
25.09.2023
-
0
+
Василий. Столько умных слов и полное отсутствие смысла)) Мы с этой темой заморочились лет 5 назад.. и смысл нашей заморочки был в сравнении потребления топлива дизеля и электрокара. Во первых, любой аккумулятор состоит из 3х частей. Тело, изолятор и энергононесущий элемент. 1. Тело это система анод-катод, для съёма-подачи заправляемых-расходуемых электронов. Его вес меняется незначительно, из-за слишком большой разницы в соотношении собственной массы и массы электронов. 2. Изолятор это корпус самого аккумулятора во всевозможных вариантах. Его задача как можно меньше взаимодействовать с электронами. В этом весь его смысл. А вот 3-й компонент бывает разный по составу, но одинаковый по смыслу. Для того что бы понять его работу не надо быть ядреным физиком. Всё просто и для примера можно рассмотреть самый простой свинцовый аккумулятор. Продаваемый на рынке электролит уже заряжен и имеет плотность 1.38 это и есть показатель веса по отношению к плотности, например дисцилированой воды. После заправки её в тело аккумулятора, плотность падает до 1.2 (это расход энергии при реакции первичного контакта хим элементов) и этот показатель минимальный для рабочего аккумулятора.. После заправки показатель восстанавливается. С расходом падает. Попробуйте поставить акумулятор на весы и проверить.. вы будите удивлены. Конечно всё зависит от веса аккумулятора и точности весов. Но неизменным остается тот факт, что рабочий диапазон веса-плотности находится в стандартных пределах плотности энергонесущей жидкости. Со свинцовыми акумами это 100 грам на каждый литр электролита ( при колебаниях плотности заряда разряда 1.28-1.38). В рабочем масштабе 600 киловатного погрузчика, с массой сухого тела акумумуляторов 480 кг и энергонесущей жидкости 120-122 литра это 10-12 кг электричества с РОЗЕТКИ) Этого хватает на 1-2 дня работы. И так все! От урана до апельсина, разный потенциал, а по факту та же работа с весами. Самый яркий пример плутоний)) Можно поспорить! На деньги)
    Василий
    25.09.2023
    -
    1
    +
    Это великолепно, просто нет слов
    Алексей
    25.09.2023
    -
    2
    +
    То есть вы утверждаете, что разряженная батарея электрокара на 10-12 кг легче заряженной? И куда же девается из него 10-12 серной кислоты? Школьный курс химии утверждает, что серная кислота соединяется со свинцом и переходит в сульфат свинца. Масса вещества после реакции в точности равна массе исходных веществ до реакции.
    +
      ещё комментарии
      Михаил
      25.09.2023
      -
      0
      +
      у него каша в голове. Пишет про вес электролита, становится тяжелее от розетки, а куда пердячий пар девается, когда становится легче как-то умалчивает. Это магия!
      Василий
      25.09.2023
      -
      1
      +
      Человек просто совершенно верно говорит про плотность электролита, но забывает, что не измеряет плотность пластин в батарее. Ну и я так с ходу не вспомню, но есть вероятность, что у электрокаров промышленных не герметичные батареи. Учитывая, какими токами они работают, некоторое испарение электролита вполне ожидаемо
Этот вопрос из разряда. А вздрогнет ли Земля если я топну ногой или ударю кувалдой по ней? Чисто теоретически конечно вздрогнет но замерить это невозможно.
    Василий
    25.09.2023
    -
    0
    +
    Первые сейсмометрические исследования земли именно так и проходили. Не ногой, конечно, топали, а шарик роняли весом в пару тонн. Но тем не менее, на масштабах планеты — сопоставимые порядки)
Shelove517
25.09.2023
-
2
+
В мире есть такие весы, которые измеряют силу реакции опоры под действием лазерного импульса (как я понимаю, N порядка 10^-11...-12 Н): https://www.youtube.com/watch?v=6lK2JVwajTw Для LIon это только 10^-5...-7 Н. Даже кипящий чайник имеет большую массу, чем чайник с холодной водой.Условный 1 кг кипящей воды (100 градусов С) имеет энергию больше условного 1 кг холодной воды (20 градусов С) на (100-20)*4200 = 336 кДж (где 4200 Дж/(кг*С) - удельная теплоёмкость воды), что эквивалентно 3,73 нг (нанограмма).
    Василий
    25.09.2023
    -
    0
    +
    Ну только они и используются на масштабах микро- и нанограммов. На такие "весы" не положить даже самую мелкую литиевую батарейку (и в ее случае порядки измеряемых величин упадут пропорционально уменьшению массы аккумулятора относительно моего примера).
Victor Batalov
25.09.2023
-
3
+
"возводим во вторую степень и получаем примерно 89,875 триллионов метров в секунду" После возведения скорости в квадрат, размерность полученной величины - уже не м/с.
    Василий
    25.09.2023
    -
    0
    +
    Почему?
    +
      ещё комментарии
      Лев
      25.09.2023
      -
      -1
      +
      Комментарий удален пользователем или модератором...
      Dim
      Dim
      25.09.2023
      -
      1
      +
      Потому что Вы возвели скорость в квадрат. И то, что получилось, - уже не скорость, а квадрат скорости. И размерность у его - метры в квадрате в секунду в квадрате.
        Василий
        25.09.2023
        -
        0
        +
        Щас призадумался и вспомнил первый курс инста — по ходу да, косяк. Но не понимаю смысл тогда всего уравнения. Надо ещё раз на бумаге с величинами расписать
          Лев
          25.09.2023
          -
          -1
          +
          Комментарий удален пользователем или модератором...
            Василий
            25.09.2023
            -
            0
            +
            Я не совсем уверен почему, но возведение величины в степень требует возведения размерности в степень. По крайней мере, меня так учили и я такое щас в сети нашел. Поскольку доучиться я не доучился — почему так с ходу сказать не могу. Завтра уже внимательно попробую разобраться. Меня больше волнует, на самом деле, физический смысл всего уравнения. Если там при подсчете с учётом всех размерностей по итогу получается как надо, то все верно. Если нет, то мы тут оба трое ошибаемся каждый по-своему
              Лев
              25.09.2023
              -
              0
              +
              Комментарий удален пользователем или модератором...
                Василий
                26.09.2023
                -
                0
                +
                Ща проверил ещё раз все — если не возводить метры в секунду в квадрат, то итоговая масса в уравнении получится в граммах на метр в секунду, что не особо имеет смысл. Чуть позже подробно распишу
                Alexander
                26.09.2023
                -
                2
                +
                Вы можете не поверить, но килограммы, умноженные на килограммы действительно будут квадратными килограммами. Вопрос интерпретации физического смысла зависит от ситуации, в которой Вам приходится их умножать. (Например, в законе всемирного тяготения перемножаются массы тел. И этот квадратный килограмм потом сокращается гравитационной постоянной до обычного кг, чтобы стать частью итоговой размерности - силы). Абстрактного смысла квадратного килограмма нет. Как нет его и у квадратной секунды. Но это не мешает ей существовать в контексте ускорения.))
                Dim
                Dim
                26.09.2023
                -
                2
                +
                Да, кг умноженные на кг будут килограммами в квадрате. А физический смысл, например, как в формуле силы тяжести: каждый элемент массы каждого из двух тел взаимодействует со всеми элементами массы другого.
                Василий
                27.09.2023
                -
                0
                +
                Считаем размерности в формуле отдельно, вместо значений подставляем XYZ для удобства E=mc^2, следовательно m=E/c^2 m — грамм E — джоуль = Ньютон на метр = килограмм на метр квадратный в секунду квадратную c — метр в секунду Получается гомункул вида: X г = (Y кг • м^2 / с^2) / (Z м^2 / с^2) Сокращаем метры в квадрате и секунды в квадрате, получается: X г = Y/Z кг X = (Y/Z)/1000 г
          Артём
          26.09.2023
          -
          1
          +
          Вы когда метры в квадрат возводите у вас ничего не ёкает?)))
            Лев
            26.09.2023
            -
            0
            +
            Комментарий удален пользователем или модератором...
              Alexander
              26.09.2023
              -
              3
              +
              Возможно, не всем в школьном курсе физики рассказывали о теории размерности, но это сейчас легко можно восполнить с помощью гугла или вики)). Суть в том, числовые значения считаются отдельно, но параллельно с размерностями происходят аналогичные действия [их ещё иногда отдельно в квадратных скобках пишут]. И любая физическая формула верна только тогда, когда эти размерности в итоге совпадают для левой и правой части равенств. Так, если хотим получить энергию слева (а это та же размерность, что и работа: [ML²/T²]) , то справа придётся умножать килограммы на квадрат метров в секунду...
              Dim
              Dim
              27.09.2023
              -
              3
              +
              "А что за новый предмет измерения появляется при возведении в квадрат метров в секунду?". А появляется "квадрат скорости". Квадрат скорости - это что? А это площадь. В пространстве скоростей. Кинетическая энергия - это площадь некой фигуры, длины которой измеряются в [м/с]. А площадь, соответственно, в [м2/с2]. С коэффициентом пропорциональности в [кг].
              Василий
              27.09.2023
              -
              0
              +
              В предыдущей ветке ответил
Сергей Б
25.09.2023
-
0
+
Кровь из глаз.

Есть что спросить?

Вы можете получить ответ на вопрос по любой теме от экспертов нашей редакции, хорошо разбирающихся в этой теме.

Задать вопрос
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно