Eru fullhlaðnar rafhlöður þyngri en þær sem eru tómar?

Svar

Já, fullhlaðnar rafhlöður eru örlítið þyngri en tómar rafhlöður. Massamunurinn er svo lítill að nánast ógerlegt er að mæla hann en engu að síður er hann til staðar.

Rafhlöður nýta efnahvörf til að umbreyta efnaorku í raforku en lesa má nánar um virkni rafhlaðna í svari Ágústs Kvaran við spurningunni Hvernig verka rafhlöður í farsímum? Eins og þar kemur fram missa rafhlöður ekki frá sér neinar efniseindir við notkun heldur flæða rafeindir út úr rafhlöðunni um forskaut (e. anode) hennar og aftur inn um bakskautið (e. catode). Tóm rafhlaða inniheldur því nákvæmlega sömu efniseindir og hún gerði þegar hún var fullhlaðin, svo innsæi okkar segir að massi hennar ætti ekki að hafa breyst.

Fullhlaðin rafhlaða er örlítið þyngri en hún væri óhlaðin en mismunurinn er hverfandi lítill.

Hins vegar býr hlaðin rafhlaða yfir meiri orku en óhlaðin. Hin fræga jafna Einsteins:
\[E=mc^2,\] þar sem E er heildarorka hlutar, m er massi hans og c er hraði ljóss í lofttæmi, segir okkur að hún hafi þá einnig meiri massa. Munurinn á massa hlaðinnar rafhlöðu og óhlaðinnar er þá \(e/c^2\), þar sem e er mismunurinn á orku rafhlöðunnar hlaðinni og óhlaðinni. Hraði ljóss, c, er þó ansi há tala eða um 3$\cdot$10⁸ m/s.

Þær rafhlöður sem við þekkjum gefa ekki frá sér nægilega mikla orku miðað við massa sinn til að hlutfallslegur massamunur á hlaðinni og óhlaðinni rafhlöðu sé meiri en hverfandi lítill. Nánar má lesa um þetta í svari Þorsteins Vilhjálmssonar við spurningunni Hversu miklu þyngra vegur fullhlaðin 1,5 volta rafhlaða en óhlaðin?

Mynd:

• Wikimedia commons - Sótt 31. 5. 2012