干电池电压,满电时和亏电时的重量是否一样?
电是一种能量,电能有质量(重量)吗?同一块电瓶,满电时和亏电时的重量是否一样?
这是一个很有意思的问题,电是我们日常生产生活中常见的承载能量形式,无论是照明、使用电器也好,还是手机充电、汽车充电,我们关心的就是耗电量多少,需要多少时间充完电等这些问题,而实际上电能的计量单位是千瓦时,与标准的能量单位焦耳之间有相应的换算关系,却没有听说使用重量的单位来表达电能的多少。现在我们就来分析一下电到底有没有质量呢?
电池的使用历史可以追溯到18世纪末,当时的人们已经可以制造出供储存静电的装置,这拉开了人类直接控制和使用“电能”的帷幕。在1799年,伏特通过实验,在盐水中分别放置锌板和银板,在连接两块金属板中测试出有电流通过,于是发明了人类历史上真正意义的电池。在随后的日子里,科学家们又通过大量的实验,通过替换电解液、电极材料等方式,对“原始电池”进行多次改良和优化。1887年,英国科学家赫勒森将电解液替换为胶状物质,从而发明了最早的干电池,为电池更广泛的应用奠定了坚实基础。
电池是一类可以将化学能、光能等能量形式转化为电能的装置,根据能量的转化方式可以将电池分为化学电池、光电池等,而我们日常生活中常见的电池绝大多数都是化学电池,也被称为干电池。
在化学电池中,又可以根据其工作性质,划分为一次电池、可充电电池、铅酸蓄电池、燃料电池等。
一次电池:在化学电池中,一次电池的应用最为广泛,当它们的电量耗尽之后,无法再进行充电,主要包括碱锰电池、锌锰电池、锂电池、银锌电池等等。
其主要工作原理是:正级使用碳棒为材料,外面包裹着石墨和二氧化锰混合物,混合物之物有一层纤维网,上面涂满较厚的由氯化氨和淀粉构成的电解质胶体,最后层是用锌层做的筒状包裹物作为负极。当电池放电时,氯化氨和锌发生电解反应,释放出一定量的电荷经中间的石墨传导给碳棒,从而通过闭合的电路完成电荷的转移。
可充电电池:目前市面上常用的环保型充电电池为镍氢电池,其正极为氢氧化镍,负极为储氢合金,即在一定条件下可以吸收氢气,一定条件能放出氢气的合金物质,通常以钛系、锆系、铁系或者稀土系合金为主。镍氢可充电电池的电解液使用的是氢氧化钾溶液。
其主要工作原理是:在充电时,储氢合金在电流作用下析出氢气,储存在电池内部,相应正极由氢氧化亚镍转化为氢氧化镍和水,在此过程中吸收电子实现电能的存贮。而在放电时,失去电子,负极的储氢合金消耗充电时产生的氢气,正极也由氢氧化镍变成氢氧化亚镍。
铅酸蓄电池:其实严格意义上来说这也算是一种可充电电池,不过它与常用的镍氢电池结构很很大的不同,因此在分类上单独作以区分。铅酸蓄电池的正极主要成分是二氧化铅,负极的主要成分是铅,电解液主要成分是稀硫酸。
其主要工作原理是:在放电时,功能和干电池一样,两极分别发生氧化还原反应,生成硫酸铅,在此过程中,负极上的电子经过电路进入正极,形成电流。而在充电时,起到电解池的作用,在正、负极上的硫酸铅又被还原为硫酸、铅和氧化铅,并在负极上产生氢气,正极产生氧气,电解液中硫酸浓度逐渐增加,电池两端的电压逐渐上升,达到贮存电能的目的。
燃料电池:其正、负极不含有像其它电池那样的活性物质,只是提供化学反应的催化转换作用。其正极为燃料极,负极为空气极,中间的介质由可以形成离子导电体的电解质板所构成。
其主要工作原理是:通过特定的辅助装置,将燃料和空气分别输送进至燃料电池的正、负极之中,燃料气体中的氢气被分解为H元素和自由电子,其中H通过电解质与空气中的氧化发生化学反应,自由电子通过回路返回到负极,形成电流。
电会具有质量吗电流从传输的形式来看,类似于气体和液体在空气中的流动过程,而从实质上来看,它是在电势差的作用下,导线内的原子电子发生能级跃迁,脱离原子核的束缚,推动所携带的能量一个接着一个、一层接着一层向外侧传递。如果单纯考虑电子的转移来看,在一个零电阻内导体流动的电流,共本身不会对外产生做功现象,因此没有能量的损耗,在这个封闭系统内,电荷的转移和循环并不会引发总能量的改变,因此也体现不出质量的变化。
而如果在有电阻的导体内流动的电流,按照爱因斯坦的质能方程,凡是发生能量变化的系统内,其总质量必须发生变化,其对应关系为:E=m*c^2,从静止的状态看,质量和能量的这个关系式表达的是一种纯粹的对应关系,也就是说具有一定质量的物体,等价于这个物体具有相应的多少能量。而如果发生质量亏损,那么就一定会释放出所对应的能量,在我们利用核能进行发电,就是利用了放射性物质在发生核裂变时产生了一定量的质量亏损,从而转化为巨大的能量这个原理。相应的,如果这个物体释放出了能量,那么其本身所具有的能量就会相应减少,表现为质量的亏损。
那么,在我们利用电池进行供电时,转化出去的能量将全部来源于电池本身,无论电池的贮电原理是利用化学能也好、光能也好,都是电池通过一定的反应转化成本身所具有的内能,内能减少多少,相应地外界就会从中得到多少能量,这就是能量守恒定律。而按照质能方程的对应关系,电池的满电时和亏电时,其内能会产生一定的差异,这个差异就是我们从电池中所获取的总能量。因此,我们从质能对应的关系来看,电的确是有质量的。
电瓶满电和亏电时的质量差以常用的12V/150AH规格的铅蓄电池为例,这里的12V是其工作电压、150AH是指以150安培的电流可以持续放电1小时,那么它所能容纳的总电量为150*12=1800千瓦时,即半度电。
而1度电的总能量为W=P*t=1千瓦*1小时=1000瓦*3600秒=3.6*10^6焦耳,那么我们按照能够全部充满,即充电效率为100%计算,这个蓄电池充满电后能容纳的电能为:0.5*3.6*10^6=1.8*10^6焦耳。
我们通过爱因斯坦质能方程,可以计算出这些电能完全损耗情况下,所对应的质量亏损数量:
△m=△E/c^2=1.8*10^6/(3*10^8)^2=2*10^(-11)千克。
因此,我们可以得出这样的结论,12V/150AH规格的铅蓄电池,在其充满电后,比电能全部释放后的质量,要增加2*10^(-11)千克,当然这个数值,我们是无法通过常用仪器测量出来的。
总结一下按照爱因斯坦质能方程列出的物体的质量与能量的对应关系,当这个物体对外释放一定量的能量之后,该物体所具有能量总和会相应地发生亏损,因此,严格意义上来说,铅蓄电池在充满电和完全释放出电量之后,其质量是会发生非常微弱的变化的。
干电池电容量如何测?
在当今的高科技时代,随着生活节奏和工作节奏的加快,那么我们随身用的电器设备的节奏也需要我们随时掌握,那么这个衡量标准是什么呢?电池电量,精确掌握电池的剩余电量便可以确定设备还能正常工作多长时间,决定是否需要充电或者携带备用电池,这样就不会耽误工作生活,下面介绍两种常用的两种方法来检测干电池电量
01
选定一个适当的负载电阻并联在电池的正负极间。
电池电压跟剩余电量存在某种已知关系,所以根据电池的容量及用途,再测量电阻两端电压,看此时电池在带负荷时电压较空载时下降程度,就可以判断电池的电量;不过前提条件是不施加任何负载的情况下,加负载后,电池电压会因为内部阻抗引起压降失真,并随随时间的推移以不同速率逐渐降低,并且在去除负载后逐渐身高。因此如果施加负载的话,会影响干电池电量的检测结果。
02
万用表也可以准确测量干电池的电压,通过测量干电池电压的高低,对电量进行判断,干电池有碱性电池和碳性电池。
如果测量电压不小于干电池的标注电压时,说明干电池的电量是充足的;小于干电池的标注电压越多,说明干电池亏电越多,由于型号的不同干电池的检测结果会受到影响,但是对单节干电池来说,只要使用是普通指针式万能表,将万能表选最大电流档(0.5A-1A),负表笔接电池负极,正表笔 在电池正极上迅速碰一下,注意观察表针运动(短路电流)情况,便知道电池还剩多少电量了。
特别提示
常见的干电池为锌锰电池,了解了干电池电量的检测,就能够随时知道电池所剩电量,工作时间,并且据此调节应用,给工作生活无疑提供了很大的便利。
望采纳谢谢
为什么很多单片机的工作电压是5v?
因为大多数芯片都是5V的TTL电平,要做到电平兼容,电平匹配,避免要电平转换操作,所有很多单片机的工作电压都是5V。
TTL指的是TTL电平,0~5V之间,小于0.2V输出低电平,高于3.4V输出高电平。全称Transistor-Transistor Logic,即BJT-BJT逻辑门电路,是数字电子技术中常用的一种逻辑门电路,应用较早,技术已比较成熟。TTL主要有BJT(Bipolar Junction Transistor 即双极结型晶体管,晶体三极管)和电阻构成,具有速度快的特点。最早的TTL门电路是74系列,后来出现了74H系列,74L系列,74LS,74AS,74ALS等系列。但是由于TTL功耗大等缺点,正逐渐被CMOS电路取代。TTL输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。在室温下,一般输出高电平是3.5V,输出低电平是0.2V。最小输入高电平和低电平:输入高电平>=2.0V,输入低电平<=0.8V,噪声容限是0.4V。
2008年11月发布的STC12系列单片机数据手册中,STC12C系列的单片机电压范围是3.3~5.5V;STC12L系列的单片机电压范围是2.2~3.6V。如果选择STC12C系列的单片机,只要单片机的工作频率不是太高,使用3.7V供电是没有任何顾虑的,官方声称单片机的抗干扰能力可以达到4000V,但实际应用说法不一。
1、大多数单片机都是 TTL 电平,各自的高低电平定义不一样;
2、当电源电压为5V时:51,avr单片机是5V;
3、当电源电压为3.3V时:51,avr单片机高电平是3.3v;
4、arm 如lpc2138,电源电压只能为3.3v,io输出高电平为3.3V;但io口可承受5V电压
现在单片机工作电压主要有两种:一种工作在3.3V 一种工作在5V
12v铅酸蓄电池放电截止电压是多少?
铅酘蓄电池的放电截止电压是随放电电流不同而不同的。其值并不是固定的。
假设铅酸电池的标准容量放电电流为C(如容量60AH的电池,C=60A):
当放电流I=<0.05C时,单体电池截止电压为 1.9V,12V电池放电截止电压为11.4V;
当放电流I=0.1-0.3C时,单体电池截止电压为 1.8V,12V电池放电截止电压为10.8V;
当放电流I=0.4-0.5C时,单体电池截止电压为 1.75V,12V电池放电截止电压为10.5V;
当放电流I=0.6-3C时,单体电池截止电压为 1.6V,12V电池放电截止电压为9.6V。
多少AH的电池容量等于一度电?
AH表示的只是电量,而“度”是电功的单位,概念不同。电功W=UAH,因此要乘以电池电压,如果电池电压是充电器的输出电压12V,那么1AH这样的电池W=12*1*3600/(3.6*1000000)=0.012度电。电池容量(Ah)的含义:蓄电池的额定容量C,单位安时(Ah),它是放电电流安(A)和放电时间小时(h)的乘积。由于对同一个电池采用不同的放电参数所得出的Ah是不同的,为了便于对电池容量进行描述、测量和比较,必须事先设定统一的条件。实践中,电池容量被定义为:用设定的电流把电池放电至设定的电压所给出的电量。也可以说电池容量是:用设定的电流把电池放电至设定的电压所经历的时间和这个电流的乘积。