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0504. Una batteria carica pesa di più?

batterie litio auto elettricheCiao, ho acquistato un auto elettrica e mi chiedevo: ma se la massa è energia e viceversa, c’è differenza di massa fra una batteria carica ed una scarica? E se si, da cosa è data questa differenza? (Vito C.)

Alla base del funzionamento della batteria c'è un processo chimico che genera un flusso di elettroni da una sostanza che li cede a una che li riceve. Questo flusso si muove all'interno di una terza sostanza, chiamata elettrolita, che può essere liquida ma, ultimamente, anche solida. La presenza di una struttura ordinata e a strati all'interno della batteria permette di intercettare questo flusso di elettroni e di indirizzarlo in una direzione precisa che va dall'anodo (o polo negativo), dove si trova la sostanza che cede elettroni, al catodo (o polo positivo), dove si trova la sostanza che riceve elettroni, generando corrente continua. Il numero di atomi (e quindi anche di elettroni!) presenti nella batteria rimane sempre lo stesso, cambia solo la loro configurazione. La differenza di energia tra una batteria carica e una batteria scarica consiste nella differenza di potenziale elettrostatico degli elettroni. Quando una batteria si scarica gli elettroni si spostano in posizioni di minor energia potenziale (dalla sostanza che cede a quella che riceve). Usando l’equivalenza tra energia e massa trovata da Einstein, E=mc2, questa differenza di energia immagazzinata risulta in una differenza di massa tra la batteria carica e la batteria scarica.

Per una batteria da 100 kWh, come quella del Model S della Tesla, la differenza di massa tra batteria carica e scarica risulta essere:

\[E=mc^2\],

dove E = 100 kWh = 3.6 x 10^8 J e c = 3 x 10^8 m/s

quindi

\[m=\frac{E}{c^2} = \frac{3.6 \cdot 10^8 J}{(3 \cdot 10^8 m/s)^2} = 4 \cdot 10^{-6} g\]

La differenza di massa tra la batteria scarica e la batteria carica è quindi dell’ordine del microgrammo e quindi trascurabile rispetto alla massa della macchina!

 

Sabine Hemmer fisica

ultimo aggiornamento settembre 2020
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