Часто в задачах по физике приводятся значения энергии для разных процессов в калориях. Однако в международной системе измерений (СИ) принятой единицей для этой физической величины является джоуль. В статье рассмотрим подробно вопрос перевода килокалорий в джоули.
Что обозначает величина?
Следует разобраться с самим понятием «калория». А затем переходить к рассмотрению вопроса, как перевести килокалории в джоули.
Введено оно в физику было в 1824 году французским ученым Николя Клеманом. В конце XIX века и в первой половине XX века калорию часто использовали для количественного описания энергетических процессов. Она использовалась в качестве измерения энергии в Технической системе единиц.
Величина получила название малой калории. Она представляет собой энергию (тепло), которую необходимо передать 1 грамму воды, чтобы нагреть его на 1 градус Цельсия.
Существует также и большая калория. Ее величина равна энергии, необходимой для нагрева на 1 градус уже 1 килограмма воды. С учетом приставок для единиц измерения, большую калорию записывают как 1 ккал = 1000 кал.
Чему равна 1 килокалория в джоулях?
Многим покажется этот вопрос простым. Действительно, для этого нужно взять 1 кг воды, нагреть его на 1 o C и измерить, какое тепло было передано в ходе этого процесса. Проблема заключается в том, что теплоемкость воды зависит от ее температуры.
Если посмотреть на табличные данные, то можно наблюдать, как в интервале температур от 0 o C до 100 o C теплоемкость H2O изменяется от 4174 кДж/кг до 4220 кДж/кг. Причем она сначала уменьшается, достигая минимума при 30-40 o C, а затем опять возрастает вплоть до температуры кипения.
Выход из этой непростой ситуации был найден. Ученые привязали внесистемную единицу измерения энергии к конкретной температуре воды. Чаще всего используются две температуры: 15 o C и 20 o C.
В первом случае речь идет о стандартной калории, она составляет 4,1868 Дж. Во втором случае — о термохимической калории, она немного меньше, чем стандартная, и равна 4,184 Дж. Отличаются эти величины друг от друга всего на 0,07%.
При решении задач по физике рекомендуется использовать большее из приведенных значений, то есть 1 кал = 4,1868 Дж, поскольку эта величина является стандартной, признанной во многих развитых странах мира.
Соответственно 1 килокалория в джоулях будет равна 4186,8 Дж или 4,1868 кДж.
Где важно это знание?
Как уже было сказано выше, калория не используется в науке. Там рекомендуется применять для измерения энергии джоуль.
Тем не менее при производстве продуктов питания на этикетки наносится энергетическая ценность их содержимого именно в килокалориях. Как правило, эти значения дублируются соответствующими цифрами в килоджоулях. Однако многие современные диеты основаны на использовании системы калорий.
Почему важно знать энергетическую ценность продуктов, которые употребляет в пищу человек? Потому что от разницы между расходом калорий и их поступлением в виде пищи зависит, будет увеличиваться вес или нет.
Каждый, кто сталкивался с этим вопросом в своей жизни, знает, что жиры содержат в 2,25 раза больше энергии на единицу массы, чем белки и углеводороды. Кроме того, существует такое понятие, как «пустые калории», которое говорит о вредности продуктов (они поставляют энергию в организм, но при этом не содержат питательных веществ и витаминов). Ярким примером продуктов с огромным содержанием пустых калорий являются алкогольные напитки.
Пример решения задачи
Приведем решение простой задачи на перевод килокалорий в джоули. Допустим, человек купил в магазине 2 кг мяса. Он знает, что этот продукт содержит 1250 ккал/кг. Необходимо найти соответствующую величину в джоулях.
Поскольку масса мяса равна 2 кг, тогда его калорийность составляет 2 [кг]*1250 [ккал/кг] = 2500 ккал. Зная, что 1 ккал = 4186,8 Дж, воспользуемся пропорцией. Получим: 2500*4186,8 = 10467000 Дж или 10,467 МДж.
Альтернативное отопление и обогрев домов и помещений, горение и теплотворность топлива в дровяных и газовых котлах, твердотопливные и газовые отопительные системы на дровах, брикетах, газу и каменноугольному топливу
Перевод джоулей в калории, киловатт-часы
Джо́уль (англ. Joule; русское обозначение: Дж; международное: J)
– единица для измерения работы, энергии и количества теплоты
в Международной системе единиц (СИ)
Онлайн-конвертер для перевода джоулей в калории, киловатт-часы и кратные им единицы
Джоуль равен работе,
совершаемой при перемещении точки приложения силы,
равной одному ньютону,
на расстояние одного метра
в направлении действия силы.
1 Дж = 1 кг⋅м²/с² = 1 Н⋅м = 1 Вт⋅с.
1 МДж = 0,277(7) кВт⋅ч (1 кВт⋅ч = 3,6 МДж)
1 Дж ≈ 0,238846 калориям (1 калория = 4,184 Дж)
Джоуль в теплотехнике
Джоуль (Дж) широко применяется в теоретической и практической теплотехнике для измерения количества произведенной или использованной теплоты. В теплотехнике, джоуль равен количеству теплоты, эквивалентному работе один джоуль. Отнесенный к единице массы или объема, джоуль используется для характеристики массовой или объемной теплотворности топлива. Наравне с джоулем в теплотехнике нашли применение образованные от него десятичные кратные единицы – килоджоули (кДж), мегаджоули (мДж) и гигаджоули (гДж). Потребности практической теплотехники находятся в узком диапазоне этих единиц измерения (от джоуля до гигаджоуля), что накладывает определенные ограничения на возможности данного онлайн-конвертера. Данный калькулятор предназначен, в первую очередь, для теплотехнических расчетов. Поэтому, охватываемый диапазон конвертируемых единиц и величин соответствует запросам реальной теплотехники и не выходит за его пределы.
Джоуль в коммунальном хозяйстве
Несмотря на всю свою популярность, весомость и грандиозность, джоуль не нашел широкого применения при взаиморасчетах в коммунальном хозяйстве Советского Союза и на постсоветском пространстве. Здесь, как и прежде, ведется учет выработанного и потребленного тепла в калориях (кал) и кратных к ней единицах (гигакалориях (Гкал)).
Джоуль в электричестве
В электричестве джоуль обозначает работу,
которую совершают силы электрического поля за 1 секунду
при напряжении в 1 вольт
для поддержания силы тока в 1 ампер.
Конвертацию (перевод) джоулей в киловатт-часы позволительно использовать для случаев преобразования механической энергии в электрическую и наоборот. Например, при расчете производительности электрогенераторов или электродвигателей.
Читать и понимать это нужно так:
1000 джоулей (Дж) требуется для получения 0.2778 ватт-часов (Вт⋅ч) электроэнергии (без учета потерь)
0.2778 ватт-часов (Вт⋅ч) электроэнергии расходуется для выполнения работы в 1000 Джоулей (Дж) (без учета потерь)
Конвертер единиц и величин можно сохранить локально и пользоваться им, не заходя на сайт.
При упоминании слова «калории» многим из нас представляется запретный плод, в виде нежного воздушного бисквита с ванильным облаком густого сливочного крема. Джоуль, наоборот, вгоняет нас в тоску и является чем-то благополучно забытым из школьного курса физики. До недавнего времени эти два термина редко пересекались в обыденной жизни, но постепенный переход на международную систему единиц СИ заставляет нас извлекать из недр памяти затерянные темы всеми любимой дисциплины.
По международным стандартам энергетическая ценность продуктов питания должна быть представлена в джоулях, и многие производители маркируют свою продукцию в рекомендуемых единицах. При изучении информации на этикетке, у обывателя возникает справедливое недоумение, как совместить диету, рассчитанную в калориях, и продукты питания, промаркированные в джоулях.
История калории
Понятие калории было введено в активный словарный состав благодаря французскому ученому-химику Николя Клеману. Он определил калорию как единицу измерения тепла, необходимого для нагрева одного грамма воды на один градус Цельсия.
До появления этого термина ученые всего мира работали над изучением теплоемкости различных веществ, используя для этого специальные приборы для измерения количества теплоты. Благодаря большому числу проведенных исследований, экспериментов и опытов, ученым удалось определить не только тепловую энергию многих веществ, но и сделать открытие, имеющее огромную ценность для физиологии. Они связали дыхание, питание и испарение воедино, что позволило сравнить живой организм с топкой печи, в которой сгорает потребляемая им пища.
Впоследствии стали проводиться целенаправленные измерения количества тепла, которое выделялось при сжигании в калориметре взвешенных образцов продуктов питания. Получаемые результаты фиксировались, и на их основе появились современные таблицы калорийности.
Суточная потребность в энергии
Потребность в энергии неразрывно связана с ее расходом. То есть, для поддержания стабильного веса человек должен получить такое же количество энергии, которое соответствует ее расходу. Все процессы, протекающие в организме, требуют определенного количества энергии. И даже находясь в состоянии покоя, организм затрачивает внушительное количество калорий. Эта энергия идет на обеспечение жизненно важных функций: работу сердца, кровообращение, мозговую деятельность, работу легких.
Для определения суточной нормы потребления калорий, подавляющее большинство пользуется специально разработанными формулами, в которых учитывается вес, пол, возраст, рост и коэффициент активности. Эти формулы получены на основании многочисленных исследований, но они совершенно не учитывают особенности конкретного организма (мышечной массы, объема жировой ткани, генетических особенностей) и рассчитаны на человека со среднестатистическим телосложением.
Достоверный показатель величины обмена веществ можно получить, используя специальное современное оборудование и методы прямой и непрямой калориметрии. Полученные этим путем результаты, будут абсолютно точно отображать количество калорий, которые затрачивает организм в период покоя.
Количество энергии, производимое макронутриентами
Для выработки энергии человеческому организму требуется периодическое поступление органических веществ. Топливо для этой энергии доставляется из потребляемых человеком макронутриентов. В процессе пищеварения и окисления макронутриентов высвобождается разное количество энергии:
один грамм углеводов производит 4,1 килокалории;
при окислении одного грамма жира человеческий организм получает 9,3 килокалории;
один грамм белка высвобождает 3,8 килокалории.
Перевод килокалории в килоджоули
По давно устоявшейся традиции мы используем в разговорной речи термин калория, хотя расчет диет и оценку энергетической ценности продуктов питания производим в килокалориях (1 ккал = 1000 кал). Как бы там ни было, но калория и производная от нее килокалория — это устаревшие единицы измерения теплоты, и международные организации, контролирующие использование метрических единиц, настоятельно рекомендуют всем странам мира извлечь эти два понятия из обращения.
В Международной системе единиц СИ для измерения энергии и тепла используют другую единицу — джоуль (Дж). Для того, чтобы перевести килоджоули в килокалории и наоборот, нужно учитывать следующие соотношения:
1 килоджоуль = 1000 джоулей;
1 килокалория = 1000 калория;
1 килокалория = 4,1868 килоджоуль;
1 килоджоуль = 0,2388 килокалории.
Никакие новомодные технологии, а также никакие переходы на международную метрическую систему не могут заставить человека отказаться от своих консервативных взглядов. Особенно, если эти изменения не несут никакой определенной смысловой нагрузки и причиняют только неудобства. Поэтому в настоящий момент все старания ввести новую единицу измерения упираются в непоколебимый жизненный уклад среднестатистического человека, который привык рассчитывать свой завтрак и обед в калориях и особо не стремится переводить свой ужин в джоуль.
Видео
Из этого видео вы узнаете, как рассчитать суточную дозу калорий для человека.
