7.2: Енергія та її одиниці
- Визначити енергію та тепло.
- Пов’язати калорії з харчуванням та фізичними вправами.
Енергія - це здатність виконувати роботу. Ви можете зрозуміти, що це означає, думаючи про себе, коли відчуваєте себе “енергійним”. Ви відчуваєте, що готові йти - стрибнути і щось зробити. Коли у вас багато енергії, ви можете виконати багато роботи. На відміну від цього, якщо ви не почуваєтесь енергійними, у вас дуже мало бажання щось робити. Цей опис застосовується не тільки до вас, але також до всіх фізичних та хімічних процесів. Кількість роботи, яку можна виконати, пов’язана з кількістю енергії, доступної для її виконання.
Енергія може передаватися від одного об’єкта до іншого, якщо об’єкти мають різну температуру. Передача енергії внаслідок різниці температур називається тепловою. Наприклад, якщо ви тримаєте в руці кубик льоду, кубик льоду повільно тане, оскільки енергія у вигляді тепла передається від вашої руки до льоду. Оскільки ваша рука втрачає енергію, вона починає відчувати холод.
Через їх взаємозв'язок енергія, робота та тепло мають однакові одиниці виміру. Одиницею енергії, роботи та тепла СІ є джоуль (Дж). Джоуль - це крихітна кількість енергії. Наприклад, для нагрівання 1 мл H2O на 1 ° C потрібно близько 4 Дж. Багато процесів відбувається із зміною енергії у тисячі джоулів, тому кілоджоуль (кДж) також є загальним явищем. Ще однією одиницею енергії, яка широко використовується в медичних професіях та повсякденному житті, є калорії (кал). Спочатку калорія визначалася як кількість енергії, необхідної для нагрівання 1 г H2O на 1 ° C, але в сучасний час калорія безпосередньо пов’язана з джоулем, таким чином:
Ми можемо використовувати це співвідношення для перетворення кількості енергії, роботи або тепла з однієї одиниці в іншу.
Хоча джоуль є належною одиницею СІ для енергії, ми будемо використовувати калорію або кілокалорію (або калорію) у цьому розділі, оскільки вони широко використовуються медичним працівником
Енергетичний вміст однієї порції хліба становить 70,0 кал. Який енергетичний вміст у калоріях? У джоулях?
Рішення
Це проста проблема коефіцієнта перетворення. Використовуючи співвідношення 1 Cal = 1000 cal, ми можемо відповісти на перше питання за допомогою одноетапного перетворення:
Потім ми перетворюємо калорії в джоулі
а потім кілоджоулі
Енергетичний вміст хліба в основному походить від вуглеводів.
Енергетичний вміст однієї склянки меду становить 1030 кал. Який його енергетичний вміст у калоріях та джоулях?
1030 000 (1,03 х 10 6) кал; 4 309 520 (4,31 х 10 6) Дж
Калорія використовується в харчуванні для вираження енергетичного вмісту продуктів. Однак, оскільки калорія є досить невеликою кількістю, харчові енергії зазвичай виражаються в кілокалорій (ккал), також називається Калорії (з великої літери; Кал). Наприклад, цукерка може забезпечити 120 кал (харчових калорій) енергії, що дорівнює 120 000 кал. Рисунок \ (\ PageIndex \) показує приклад.
Рисунок \ (\ PageIndex \): Рисунок \ (\ PageIndex \): Харчова енергія. Зразок етикетки фактів харчування з інструкціями Американської адміністрації з питань харчових продуктів і медикаментів. з Вікіпедії.
Калорійність продуктів визначається шляхом аналізу їжі на вміст білка, вуглеводів, жиру, води та “мінералів”, а потім обчислюється калорійність із використанням середніх значень для кожного компонента, що виробляє енергію (9 Cal/g для жирів, 4 Cal/g для вуглеводів і білків і 0 Cal/g для води та мінералів). Приклад цього підходу наведено в таблиці \ (\ PageIndex \) для скибочки смаженої яловичини.
| 97,5 г води | × 0 Cal/g = 0 |
| 58,7 г білка | × 4 Кал/г = 235 |
| 69,3 г жиру | × 9 Кал/г = 624 |
| 0 г вуглеводів | × 4 Кал/г = 0 |
| 1,5 г мінеральних речовин | × 0 Cal/g = 0 |
| Загальна маса: 227,0 г. | Загальна калорійність: близько 900 кал |