マンガン電池は空になると軽くなるか？

質問

上記について、上皿天秤で計れる程度、または、相対性理論のレベルで又は、市販のアルカリ電池について、教えてください。酸素ボンベでも、自動車のガソリンでもは空になると軽くなりますね。エネルギーを出せば軽くなるものが多い。e=mcの２乗。なお、鉛蓄電池は電気が貯まっていると希硫酸の比重が重くなるが、電気が空のバッテリーは軽いか？

回答No.8

kwgm

＞バッテリー （鉛）については、密閉されていないという点、
＞希硫酸の比重がよく充電されているときは重いという２点を念頭において、再度教えていただきたく存じます。

乾電池の話だと思ってました。

＜密封されていない自動車のバッテリーの場合、電気が減ると軽くなるか？＞
バッテリーが持つ容量以上に充電エネルギーが加えられた際（過充電時）、
電解液中の水が酸素ガスと水素ガスに分解されてしまいます。
密封されていない場合は、これらのガスが放出されてしまうため、バッテリーは軽くなリます。
しかしこの現象が起きるのは「過充電時」であり、
電気が消費されることにより軽くなるわけではない。
答えは「電気が減ることで軽くなるわけではない」ということになります。

＜電解液の比重が重くなったり軽くなったりする話＞
化学反応により電気が発生する際、水が発生します。
これにより電解液の希硫酸（比重1.28）が水（比重1.00）に薄められて、電解液の比重が軽くなります。
電解液の比重が軽くなるというのはバッテリー全体の重さが減るということではなく、
化学反応のごく一部の話です。
そもそも「比重」というのは水と比較して何倍の重さかを表すもので、単位は無く、重さ（単位：グラム）とは違う。
化学反応前と化学反応後での系の総質量は変らないという法則がありますので、バッテリー全体の重さは変わりません。
答えは「電気が減っても軽くならない」ということになります。

参考URL：

http://yuasa-battery.co.jp/topics/qaa/qaa_02.html,http://yuasa-battery.co.jp/topics/qaa/baj.html

お礼

途中でバッテリーと勘違いをしたのですみませんでした。いろいろありがとうございました。

補足

この場をかりて全員にお礼申し上げます。

回答No.7

kwgm

＞酸素ボンベでも、自動車のガソリンでもは空になると軽くなりますね。
＞エネルギーを出せば軽くなるものが多い。e=mcの２乗。

酸素ボンベは中の酸素が消費されることで軽くなります。ガソリンも消費されることで軽くなります。
水を飲むことで水筒の中の水が減るのと同じことで、エネルギーの消費とは直接関係はありません。

＞電気が空のバッテリーは軽いか？
電気が「カラ」になったとしても質量は変わりません。
乾電池は化学反応の副産物として電位差を生み出しています。
化学反応前と化学反応後での系の総質量は変らないという法則がありますので、質量は変わりません。
それに「電気が無くなる」＝「電位差が無くなる」で、何らかの物質が消費されているわけではありません。

ちなみに
E=mc^2 というのは質量をエネルギーに変換する式で、原子爆弾のような現象の式です。
身の回りではお目にかかれない（お目にかかりたくない）現象です。

補足

ありがとうございます、しかし、バッテリー （鉛）については、密閉されていないという点、希硫酸の比重がよく充電されているときは重いという２点を念頭において、再度教えていただきたく存じます。」

回答No.6

foobar

理屈の上では、全体のエネルギーが減っている分、系全体の質量も減っているはず、、。

ためしに計算してみると、
単三型アルカリ電池 1.5V 2000mAh程度-> エネルギー 1.5*2*3600=1.08*10^4 [J] (約 1.1*10^4)
c=3*10^8 だから 減少する質量は
1.1*10^4/(3*10^8)^2 = 1.2*10^(-15) [kg]

大体、1兆分の1グラム程度。(計算合ってるかなあ)

まあ、天秤で測れるようなレベルではないですね。

ちなみに、光も運動量もってるのだとか。(だから、レーザー冷却なんてのができるらしい。)

回答No.5

daibutsuda

わからないけど、俺的回答。

軽くならないと思います。電子は回収されるので（アースしたら減るでしょうが）。
じゃあ、E=mc2はどうなるんじゃいという話なのですが「電池はもともとエネルギーをエネルギーの形で持っていた」と考えたらいいんじゃないでしょうか。
質量はエネルギーですが、逆にエネルギーが常に質量の形で存在するとは限りません。たとえば、太陽の光など、質量ではなくエネルギーそのものとして存在するエネルギーがあります。
熱力学第１法則により保たれるのは「系全体のエネルギー」、つまり質量＋エネルギーのトータルが変わらないという意味ですね。水素と酸素を反応させて燃やすと水になりますが、その質量は元の水素と酸素をあわせたものより少し軽い。これは質量がエネルギーになった例ですが、すべてのエネルギー生成反応で質量がエネルギーに変換されているわけではないですよね。たとえば、風力発電とか波力発電では、質量の欠損はまったくありません。これは「エネルギーをエネルギーのまま取り出している」からでしょう。

平たく言うと、質問は「山の上の石と、山の下の石はどちらが重いか？」というのと同じ質問だと思うのです。山の上の石は位置エネルギーを持っていますが、質量は山の下の石と変わりませんよね。

回答No.4

m0n1teur

自動車のガソリン： 液体(ガソリン) => 気体(排気ガス)
マンガン電池： 固体＋液体　=>　固体＋液体
のような反応になっています。
自動車が軽くなるのは、反応後の排気ガスは抜けてしまうため。
マンガン電池は、中身が外に出ることはないので質量の変化はありません。

鉛蓄電池の反応は
Pb+PbO2+2H2SO4 <=>2PbSO4+H2O
気体は発生しないので、軽くはなりません。
ただし、H2Oは少しずつ蒸発していくので段々と軽くなります。

一般的に、物質が物理的に移動しないと質量は変化しません。

ガソリンも電池も、エネルギーは分子の結合エネルギーの変化によって発生します。

エネルギーを出すと重くなる例：鉄が錆びるとき
固体(鉄)+気体(酸素) => 固体(酸化鉄)
錆びるときは微妙に温かくなります。酸素と結合するので重くなります。

e=mc2は実際に計算してみるのが一番だと思います。

回答No.3

ymmasayan

No.1です。
失礼しました。電子は陰極から出て陽極に帰りますから質量の増減は±０です。

回答No.2

noname#25358

軽くなりますよ。
　もっとも、エネルギーを使用することによって必然的に軽くなるのか、それとも単に古くなって内部の揮発性物質が減るから軽くなるのかは分かりません。

　ともかく、俺は重さで電池の残量が分かります。
　コンビニなんかで、なるたけ残量の多い電池とか選ぶときに便利です(笑)

回答No.1

ymmasayan

マンガン電池からは出て行くのは電子のみです。
上皿天秤でも測るのは無理でしょう。

お礼

早い回答をありがとうございました。