Συχνά σε προβλήματα στη φυσική, οι ενεργειακές τιμές για διαφορετικές διαδικασίες δίνονται σε θερμίδες. Ωστόσο, στο διεθνές σύστημα μετρήσεων (SI), η αποδεκτή μονάδα για αυτό το φυσικό μέγεθος είναι το τζάουλ. Στο άρθρο, θα εξετάσουμε λεπτομερώς το ζήτημα της μετατροπής των χιλιοθερμίδων σε joules.
Τι σημαίνει η τιμή;
Είναι απαραίτητο να ασχοληθούμε με την ίδια την έννοια της «θερμίδας». Και μετά συνεχίστε να εξετάζετε το ερώτημα πώς να μετατρέψετε τις χιλιοθερμίδες σε τζάουλ.
Εισήχθη στη φυσική το 1824 από τον Γάλλο επιστήμονα Nicolas Clement. Στα τέλη του 19ου αιώνα και στο πρώτο μισό του 20ου αιώνα, η θερμίδα χρησιμοποιήθηκε συχνά για την ποσοτικοποίηση των ενεργειακών διεργασιών. Χρησιμοποιήθηκε ως μέτρο ενέργειας στο Τεχνικό Σύστημα Μονάδων.
Η τιμή ονομάζεται μικρή θερμίδα. Αντιπροσωπεύει την ενέργεια (θερμότητα) που πρέπει να μεταφερθεί σε 1 γραμμάριο νερού για να θερμανθεί κατά 1 βαθμό Κελσίου.
Υπάρχει επίσης πολλές θερμίδες. Η τιμή του είναι ίση με την ενέργεια που απαιτείται για να θερμάνει 1 βαθμό ήδη 1 κιλό νερό. Λαμβάνοντας υπόψη τα προθέματα για τις μονάδες μέτρησης, μια μεγάλη θερμίδα καταγράφεται ως 1 kcal=1000 θερμίδες.
Τι είναι 1 χιλιοθερμίδα σε τζάουλ;
Αυτή η ερώτηση θα φαίνεται απλή σε πολλούς. Πράγματι, για αυτό πρέπει να πάρετε 1 κιλό νερό, να το θερμάνετε κατά 1 oC και να μετρήσετε πόση θερμότητα μεταφέρθηκε κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας. Το πρόβλημα είναι ότι η θερμοχωρητικότητα του νερού εξαρτάται από τη θερμοκρασία του.
Αν κοιτάξετε τα δεδομένα του πίνακα, μπορείτε να παρατηρήσετε πώς, στο εύρος θερμοκρασίας από 0 oC έως 100 oC, η θερμοχωρητικότητα H 2O αλλάζει από 4174 kJ/kg σε 4220 kJ/kg. Επιπλέον, πρώτα μειώνεται, φτάνοντας στο ελάχιστο στους 30-40 oC, και στη συνέχεια αυξάνεται ξανά μέχρι το σημείο βρασμού.
Βρέθηκε η διέξοδος από αυτή τη δύσκολη κατάσταση. Οι επιστήμονες έχουν συνδέσει μια μονάδα ενέργειας εκτός συστήματος με μια συγκεκριμένη θερμοκρασία νερού. Οι δύο πιο συχνά χρησιμοποιούμενες θερμοκρασίες είναι 15 oC και 20 oC.
Στην πρώτη περίπτωση, μιλάμε για τυπική θερμίδα, είναι 4, 1868 J. Στη δεύτερη περίπτωση, πρόκειται για θερμοχημική θερμίδα, είναι ελαφρώς μικρότερη από την τυπική και ισούται με 4, 184 J. Αυτές οι τιμές διαφέρουν μεταξύ τους μόνο κατά 0,07%.
Κατά την επίλυση προβλημάτων στη φυσική, συνιστάται η χρήση της μεγαλύτερης από τις δεδομένες τιμές, δηλαδή 1 cal=4,1868 J, καθώς αυτή η τιμή είναι τυπική και αναγνωρίζεται σε πολλές ανεπτυγμένες χώρες του κόσμου.
Συνεπώς, 1 χιλιοθερμίδα σε τζάουλ θα ισούται με 4186,8 J ή 4,1868 kJ.
Πού είναι σημαντική αυτή η γνώση;
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, μια θερμίδα δεν είναιχρησιμοποιείται στην επιστήμη. Εκεί συνιστάται η χρήση του τζάουλ για τη μέτρηση της ενέργειας.
Παρόλα αυτά, στην παραγωγή τροφίμων, η ενεργειακή αξία του περιεχομένου τους εφαρμόζεται στις ετικέτες σε χιλιοθερμίδες. Κατά κανόνα, αυτές οι τιμές αντιγράφονται με τα αντίστοιχα νούμερα σε κιλοτζούλες. Ωστόσο, πολλές σύγχρονες δίαιτες βασίζονται στη χρήση ενός συστήματος θερμίδων.
Γιατί είναι σημαντικό να γνωρίζουμε την ενεργειακή αξία των τροφών που τρώει ένα άτομο; Επειδή η διαφορά μεταξύ της κατανάλωσης θερμίδων και της πρόσληψής τους με τη μορφή τροφής καθορίζει εάν το βάρος θα αυξηθεί ή όχι.
Όλοι όσοι έχουν αντιμετωπίσει αυτό το ερώτημα στη ζωή τους γνωρίζουν ότι τα λίπη περιέχουν 2,25 φορές περισσότερη ενέργεια ανά μονάδα μάζας από τις πρωτεΐνες και τους υδατάνθρακες. Επιπλέον, υπάρχει κάτι όπως "κενές θερμίδες", το οποίο αναφέρεται στη βλαβερότητα των προϊόντων (παρέχουν ενέργεια στον οργανισμό, αλλά δεν περιέχουν θρεπτικά συστατικά και βιταμίνες). Τα αλκοολούχα ποτά είναι ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα τροφών υψηλών σε κενές θερμίδες.
Παράδειγμα επίλυσης προβλημάτων
Ας λύσουμε ένα απλό πρόβλημα μετατροπής των χιλιοθερμίδων σε τζάουλ. Ας πούμε ότι ένα άτομο αγόρασε 2 κιλά κρέας σε ένα κατάστημα. Γνωρίζει ότι αυτό το προϊόν περιέχει 1250 kcal/kg. Πρέπει να βρείτε την αντίστοιχη τιμή σε τζάουλ.
Δεδομένου ότι η μάζα του κρέατος είναι 2 κιλά, τότε η περιεκτικότητά του σε θερμίδες είναι 2 [kg]1250 [kcal/kg]=2500 kcal. Γνωρίζοντας ότι 1 kcal=4186,8 J, θα χρησιμοποιήσουμε την αναλογία. Παίρνουμε: 25004186, 8=10467000 J ή 10, 467 MJ.
