Usein fysiikan ongelmissa eri prosessien energia-arvot ilmoitetaan kaloreina. Kansainvälisessä mittausjärjestelmässä (SI) tämän fyysisen suuren hyväksytty yksikkö on kuitenkin joule. Artikkelissa tarkastellaan yksityiskohtaisesti kysymystä kilokalorien muuntamisesta jouleiksi.
Mitä arvo tarkoittaa?
On tarpeen käsitellä itse "kalorien" käsitettä. Ja jatka sitten pohtimaan kysymystä kilokalorien muuntamisesta jouleiksi.
Ranskalainen tiedemies Nicolas Clement toi sen fysiikkaan vuonna 1824. 1800-luvun lopulla ja 1900-luvun alkupuoliskolla kaloreita käytettiin usein energiaprosessien kvantifiointiin. Sitä käytettiin energian mittana yksikköteknisessä järjestelmässä.
Arvoa kutsutaan pieneksi kaloriksi. Se edustaa energiaa (lämpöä), joka on siirrettävä 1 grammaan vettä, jotta se lämmittää 1 Celsius-asteella.
Siellä on myös paljon kaloreita. Sen arvo on yhtä suuri kuin energia, joka tarvitaan lämmittämään 1 astetta jo 1 kilogramma vettä. Kun otetaan huomioon mittayksiköiden etuliitteet, suuri kalori kirjataan 1 kcal=1000 cal.
Mikä on 1 kilokalori jouleina?
Tämä kysymys näyttää monista yksinkertaiselta. Todellakin, tätä varten sinun on otettava 1 kg vettä, lämmitettävä se 1 oC ja mitattava kuinka paljon lämpöä siirtyi tämän prosessin aikana. Ongelmana on, että veden lämpökapasiteetti riippuu sen lämpötilasta.
Jos katsot taulukkotietoja, voit havaita, kuinka lämpötila-alueella 0 oC - 100 oC, lämpökapasiteetti H 2O muuttuu arvosta 4174 kJ/kg arvoon 4220 kJ/kg. Lisäksi se ensin laskee saavuttaen minimin 30-40 oC:ssa ja nousee sitten jälleen kiehumispisteeseen asti.
Tietä ulos tästä vaikeasta tilanteesta löytyi. Tiedemiehet ovat sitoneet järjestelmän ulkopuolisen energiayksikön tiettyyn veden lämpötilaan. Kaksi yleisimmin käytettyä lämpötilaa ovat 15 oC ja 20 oC.
Ensimmäisessä tapauksessa puhumme vakiokalorista, se on 4, 1868 J. Toisessa tapauksessa kyse on termokemiallisesta kalorista, se on hieman pienempi kuin vakiokalori ja on yhtä suuri kuin 4, 184 J. Nämä arvot eroavat toisistaan vain 0,07 %.
Fysiikan tehtäviä ratkaistaessa on suositeltavaa käyttää suurempaa annetuista arvoista, eli 1 cal=4,1868 J, koska tämä arvo on standardi, joka tunnustetaan monissa maailman kehittyneissä maissa.
Tästä syystä 1 kilokalori jouleina on 4186,8 J tai 4,1868 kJ.
Missä tämä tieto on tärkeää?
Kuten edellä mainittiin, kalori ei olekäytetään tieteessä. Siellä on suositeltavaa käyttää joulea energian mittaamiseen.
Elintarvikkeiden valmistuksessa niiden sisällön energia-arvo ilmoitetaan kuitenkin etiketeissä kilokaloreina. Yleensä nämä arvot toistetaan vastaavilla kilojouleina ilmaistuilla luvuilla. Monet nykyaikaiset ruokavaliot perustuvat kuitenkin kalorijärjestelmän käyttöön.
Miksi on tärkeää tietää ihmisen syömien ruokien energiaarvo? Koska ero kalorien kulutuksen ja niiden syömisen välillä määrää sen, nouseeko paino vai ei.
Jokainen, joka on kohdannut tämän kysymyksen elämässään, tietää, että rasvat sisältävät 2,25 kertaa enemmän energiaa massayksikköä kohti kuin proteiinit ja hiilihydraatit. Lisäksi on olemassa sellainen asia kuin "tyhjät kalorit", joka viittaa tuotteiden haitallisuuteen (ne antavat energiaa keholle, mutta eivät sisällä ravinteita ja vitamiineja). Alkoholijuomat ovat hyvä esimerkki ruoista, joissa on paljon tyhjiä kaloreita.
Esimerkki ongelmanratkaisusta
Ratkaistaan yksinkertainen ongelma kilokalorien muuntamisesta jouleiksi. Oletetaan, että ihminen osti 2 kg lihaa kaupasta. Hän tietää, että tämä tuote sisältää 1250 kcal/kg. Sinun on löydettävä vastaava arvo jouleina.
Koska lihan massa on 2 kg, niin sen kaloripitoisuus on 2 [kg]1250 [kcal/kg]=2500 kcal. Kun tiedämme, että 1 kcal=4186,8 J, käytämme suhdetta. Saamme: 25004186, 8=10467000 J tai 10, 467 MJ.