Часто в задачах з фізики наводяться значення енергії для різних процесів в калоріях. Проте в міжнародній системі вимірювань (СІ) прийнятою одиницею цієї фізичної величини є джоуль. У статті докладно розглянемо питання перекладу кілокалорій в джоулі.
Що означає величина?
Слід розібратися з самим поняттям “калорія”. А потім переходити до розгляду питання, як перевести кілокалорії в джоулі.
Запроваджене воно в фізику було в 1824 році французьким ученим Ніколя Клеманом. В кінці XIX століття і в першій половині XX століття калорію часто використовували для кількісного опису енергетичних процесів. Вона використовувалася в якості вимірювання енергії в Технічній системі одиниць.
Величина отримала назву малої калорії. Вона являє собою енергію (тепло), яку необхідно передати 1 граму води, щоб нагріти його на 1 градус Цельсія.
Існує також і велика калорія. Її величина дорівнює енергії, необхідної для нагрівання на 1 градус вже 1 кілограма води. З урахуванням приставок для одиниць вимірювання, велику калорію записують як 1 ккал = 1000 кал.
Чому дорівнює 1 кілокалорія в джоулях?
Багатьом здасться це питання простим. Дійсно, для цього потрібно взяти 1 кг води, нагріти його на 1 oC і виміряти, яку тепло було передано в ході цього процесу. Проблема полягає в тому, що теплоємність води залежить від її температури.
Якщо подивитися на табличні дані, то можна спостерігати, як в інтервалі температур від 0 ° с до 100 oC теплоємність H2O змінюється від 4174 кДж/кг до 4220 кДж/кг. Причому вона спочатку зменшується, досягаючи мінімуму при 30-40 oC, а потім знову зростає аж до температури кипіння.
Вихід з цієї непростої ситуації був знайдений. Вчені прив’язали позасистемну одиницю виміру енергії до конкретної температурі води. Найчастіше використовуються дві температури: 15 oC і 20 oC.
У першому випадку мова йде про стандартну калорії, вона становить 4,1868 Дж. У другому випадку – про термохімічної калорії, вона трохи менше, ніж стандартна і дорівнює 4,184 Дж. Відрізняються ці величини один від одного всього на 0,07%.
При вирішенні задач з фізики рекомендується використовувати більше з наведених значень, тобто 1 кал = 4,1868 Дж, оскільки ця величина є стандартною, визнаної у багатьох розвинених країнах світу.
Відповідно 1 кілокалорія в джоулях буде дорівнює 4186,8 Дж або 4,1868 кДж.
Де важливо це знання?
Як вже було сказано вище, калорія не використовується в науці. Там рекомендується застосовувати для вимірювання енергії-джоуль.
Тим не менше при виробництві продуктів харчування на етикетки наноситься енергетична цінність їх вмісту саме в кілокалоріях. Як правило, ці значення дублюються відповідними цифрами у килоджоулях. Однак багато сучасні дієти, засновані на використанні системи калорій.
Чому важливо знати енергетичну цінність продуктів, які вживає в їжу людина? Тому що від різниці між витратою калорій і їх надходженням у вигляді їжі залежить, буде збільшуватися вага чи ні.
Кожен, хто стикався з цим питанням у своєму житті, знає, що жири містять в 2,25 рази більше енергії на одиницю маси, ніж білки і вуглеводи. Крім того, існує таке поняття, як “порожні калорії”, яке говорить про шкідливість продуктів (вони постачають енергію в організм, але при цьому не містять живильних речовин і вітамінів). Яскравим прикладом продуктів з величезним вмістом порожніх калорій є алкогольні напої.
Приклад розв’язання задачі
Наведемо рішення простої задачі на переклад кілокалорій в джоулі. Припустимо, чоловік купив в магазині 2 кг м’яса. Він знає, що цей продукт містить 1250 ккал/кг. Необхідно знайти відповідну величину у джоулях.
Оскільки маса м’яса дорівнює 2 кг, тоді його калорійність складає 2 [кг]*1250 [ккал/кг] = 2500 ккал. Знаючи, що 1 ккал = 4186,8 Дж, скористаємося пропорцією. Отримаємо: 2500*4186,8 = 10467000 Дж або 10,467 МДж.
