לעתים קרובות בבעיות בפיזיקה, ערכי אנרגיה לתהליכים שונים ניתנים בקלוריות. עם זאת, במערכת המדידות הבינלאומית (SI), היחידה המקובלת לכמות פיזית זו היא הג'אול. במאמר נשקול בהרחבה את נושא המרת קילוקלוריות לג'אול.
מה אומר הערך?
יש צורך להתמודד עם עצם המושג "קלוריה". ולאחר מכן המשך לשקול את השאלה כיצד להמיר קילוקלוריות לג'אול.
זה הוכנס לפיזיקה ב-1824 על ידי המדען הצרפתי ניקולא קלמנט. בסוף המאה ה-19 ובמחצית הראשונה של המאה ה-20, נעשה שימוש בקלוריה לרוב לכימות תהליכי אנרגיה. הוא שימש כמדד לאנרגיה במערכת הטכנית של היחידות.
הערך נקרא קלוריה קטנה. הוא מייצג את האנרגיה (החום) שצריך להעביר ל-1 גרם מים כדי לחמם אותם במעלה אחת צלזיוס.
יש גם קלוריה גדולה. ערכו שווה לאנרגיה הדרושה כדי לחמם מעלה אחת כבר 1 קילוגרם מים. בהתחשב בקידומות ליחידות מדידה, קלוריה גדולה נרשמת כ-1 קק ל=1000 קלוריות
מה זה קילוקלוריה אחת בג'אול?
שאלה זו תיראה פשוטה לרבים. ואכן, בשביל זה צריך לקחת 1 ק ג מים, לחמם אותם ב-1 oC ולמדוד כמה חום הועבר במהלך התהליך הזה. הבעיה היא שכושר החום של המים תלוי בטמפרטורה שלהם.
אם אתה מסתכל על הנתונים הטבלאיים, אתה יכול לראות כיצד, בטווח הטמפרטורות מ-0 oC ל-100 oC, קיבולת החום H 2O משתנה מ-4174 kJ/kg ל-4220 kJ/kg. יתר על כן, תחילה הוא יורד, מגיע למינימום ב-30-40 oC, ולאחר מכן שוב עולה עד לנקודת הרתיחה.
נמצאה הדרך לצאת מהמצב הקשה הזה. מדענים קשרו יחידת אנרגיה מחוץ למערכת לטמפרטורת מים מסוימת. שתי הטמפרטורות הנפוצות ביותר הן 15 oC ו-20 oC.
במקרה הראשון, אנחנו מדברים על קלוריה סטנדרטית, היא 4, 1868 J. במקרה השני, מדובר על קלוריה תרמוכימית, היא מעט פחות מהרגילה, ושווה ל- 4, 184 J. ערכים אלו נבדלים זה מזה רק ב-0.07%.
בעת פתרון בעיות בפיזיקה, מומלץ להשתמש בערכים הגדולים יותר, כלומר 1 cal=4.1868 J, מכיוון שערך זה הוא סטנדרטי, מוכר במדינות מפותחות רבות בעולם.
בהתאם לכך, 1 קילוקלוריה בג'אול יהיה שווה ל-4186.8 J או 4.1868 kJ.
איפה הידע הזה חשוב?
כאמור לעיל, קלוריה לאמשמש במדע. שם מומלץ להשתמש בג'ול למדידת אנרגיה.
עם זאת, בייצור מוצרי מזון, הערך האנרגטי של תכולתם מוחל על התוויות בקילוקלוריות. ככלל, ערכים אלה משוכפלים על ידי המספרים המקבילים בקילו ג'אול. עם זאת, דיאטות מודרניות רבות מבוססות על שימוש במערכת קלוריות.
למה חשוב לדעת את הערך האנרגטי של מזונות שאדם אוכל? כי ההבדל בין צריכת הקלוריות לצריכתן בצורת מזון קובע אם המשקל יעלה או לא.
כל מי שהתמודד עם השאלה הזו בחייו יודע ששמנים מכילים פי 2.25 יותר אנרגיה ליחידת מסה מאשר חלבונים ופחמימות. בנוסף, יש דבר כזה "קלוריות ריקות", המתייחס למזיקות של מוצרים (הם מספקים אנרגיה לגוף, אך אינם מכילים חומרים מזינים וויטמינים). משקאות אלכוהוליים הם דוגמה מצוינת למזונות עתירי קלוריות ריקות.
דוגמה לפתרון בעיות
בוא נפתור בעיה פשוטה של המרת קילוקלוריות לג'אול. נניח שאדם קנה 2 ק"ג בשר בחנות. הוא יודע שהמוצר הזה מכיל 1250 קק"ל/ק"ג. עליך למצוא את הערך המתאים בג'אול.
מכיוון שמסת הבשר היא 2 ק"ג, אז תכולת הקלוריות שלו היא 2 [ק"ג]1250 [קק"ל/ק"ג]=2500 קק"ל. בידיעה ש-1 קק"ל=4186.8 J, נשתמש בפרופורציה. נקבל: 25004186, 8=10467000 J או 10, 467 MJ.
