Связь между калориями джоулями

Джоуль

Джо́уль (англ. Joule; русское обозначение: Дж; международное: J) — единица измерения работы, энергии и количества теплоты в Международной системе единиц (СИ). Джоуль равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной одному ньютону, на расстояние одного метра в направлении действия силы[1]. Таким образом, 1 Дж = 1 Н·м=1 кг·м²/с². В электричестве джоуль означает работу, которую совершают силы электрического поля за 1 секунду при напряжении в 1 вольт для поддержания силы тока в 1 ампер[2].

В соответствии с правилами СИ, касающимися производных единиц, названных по имени учёных, наименование единицы джоуль пишется со строчной буквы, а её обозначение — с заглавной. Такое написание обозначения сохраняется и в обозначениях других производных единиц, образованных с использованием джоуля. Например, обозначение единицы молярной внутренней энергии «джоуль на моль» записывается как Дж/моль.

Джоуль был введён в абсолютные практические электрические единицы в качестве единицы работы и энергии электрического тока на Втором международном конгрессе электриков, проходившем в год смерти Джеймса Джоуля (1889). Международная конференция по электрическим единицам и эталонам (Лондон, 1908) установила «международные» электрические единицы, в том числе «международный джоуль». После возвращения с 1 января 1948 к абсолютным электрическим единицам было принято соотношение: 1 международный джоуль = 1,00020 абсолютного джоуля[3]. В Международную систему единиц (СИ) джоуль введён решением XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году одновременно с принятием системы СИ в целом[4].

Перевод в другие единицы[править | править код]

• 1 Дж = 1 кг·м²/с² = 1 Н·м = 1 Вт·с = 1 Кл·В.
• 1 Дж = 107эрг.
• 1 Дж ≈ 6,24151⋅1018эВ.
• 1 МДж = 0,277(7) кВт·ч.
• 1 кВт·ч = 3,6 МДж.
• 1 Дж ≈ 0,238846 калориям.
• 1 калориям (международная) = 4,1868 Дж[5].
• 1 термохимическая калория = 4,1840 Дж[5].
• 1 килотонна ТНТ (=Ткалт) ≈ 4,1840 ТДж (4,184⋅1012 Дж).
• 1 килограмм-сила-метр (кгс·м) = 9,80665 Дж (точно).
• 1 Дж ≈ 0,101972 кгс·м.

Кратные и дольные единицы[править | править код]

В соответствии с полным официальным описанием СИ, содержащемся в действующей редакции Брошюры СИ (фр. Brochure SI), опубликованной Международным бюро мер и весов (МБМВ), десятичные кратные и дольные единицы джоуля образуются с помощью стандартных приставок СИ[6]. «Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации», принятое Правительством Российской Федерации, предусматривает использование в РФ тех же приставок[7].

Примеры[править | править код]

• Средняя энергия теплового движения, приходящаяся на одну степень свободы молекул при температуре 1 К: 0,690⋅10−23 Дж.
• Энергия фотона красного видимого света: 2,61⋅10−19 Дж.
• Энергия Ферми металлического золота при нормальных условиях: 8,8⋅10−19 Дж[8].
• Атомная единица энергии (энергия Хартри), : 4,360⋅10−18 Дж.
• Дульная энергия пули при выстреле из АКМ: 2030 Дж[9].
• Энергия, необходимая для нагрева 1 литра воды от 20 до 100 °C: 3,35⋅105 Дж.
• Энергия, выделяемая при взрыве 1 тонны тринитротолуола (тротиловый эквивалент): 4,184⋅109 Дж.
• Энергия, выделенная при атомной бомбардировке Хиросимы: около 6⋅1013 Дж.
• Энергия, выделившаяся при столкновении астероида с Землёй, в результате которого образовался кратер Маникуаган: 1023 Дж.

См. также[править | править код]

• Калория
• Ватт
• Эрг
• Электрон-вольт

Примечания[править | править код]

Источник

Понятие о калории: перевод килокалорий в джоули

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 oC 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 oC до 100 oC теплоемкость H2O изменяется от 4174 кДж/кг до 4220 кДж/кг. Причем она сначала уменьшается, достигая минимума при 30-40 oC, 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 oC и 20 oC.

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.

Источник

Источник