في كثير من الأحيان في مشاكل الفيزياء ، يتم إعطاء قيم الطاقة لعمليات مختلفة في السعرات الحرارية. ومع ذلك ، في النظام الدولي للقياسات (SI) ، فإن الوحدة المقبولة لهذه الكمية المادية هي الجول. في المقال ، سننظر بالتفصيل في مسألة تحويل السعرات الحرارية إلى الجول.
ماذا تعني القيمة؟
من الضروري التعامل مع مفهوم "السعرات الحرارية". ثم انتقل إلى النظر في مسألة كيفية تحويل السعرات الحرارية إلى الجول.
تم إدخاله إلى الفيزياء عام 1824 من قبل العالم الفرنسي نيكولاس كليمنت. في نهاية القرن التاسع عشر والنصف الأول من القرن العشرين ، غالبًا ما كانت السعرات الحرارية تستخدم لتحديد عمليات الطاقة. تم استخدامه كمقياس للطاقة في النظام الفني للوحدات
تسمى القيمة سعرة حرارية صغيرة. يمثل الطاقة (الحرارة) التي يجب نقلها إلى 1 جرام من الماء لتسخينه بمقدار 1 درجة مئوية.
هناك أيضًا سعرات حرارية كبيرة. قيمتها تساوي الطاقة المطلوبة لتسخين درجة واحدة بالفعل كيلوغرام واحد من الماء. مع الأخذ في الاعتبار البادئات لوحدات القياس ، يتم تسجيل السعرات الحرارية الكبيرة على أنها 1 كيلو كالوري=1000 كالوري
ما هو 1 كيلو كالوري بالجول؟
سيبدو هذا السؤال بسيطًا للكثيرين. في الواقع ، لهذا تحتاج إلى تناول 1 كجم من الماء ، وتسخينه بمقدار 1oC وقياس مقدار الحرارة التي تم نقلها خلال هذه العملية. المشكلة أن السعة الحرارية للماء تعتمد على درجة حرارته
إذا نظرت إلى البيانات المجدولة ، يمكنك ملاحظة كيف ، في نطاق درجة الحرارة من 0oC إلى 100oC ، تتغير السعة الحرارية H2O من 4174 كيلو جول / كجم إلى 4220 كيلو جول / كجم. علاوة على ذلك ، ينخفض أولاً ، ليصل إلى الحد الأدنى عند 30-40oC ، ثم يزيد مرة أخرى حتى نقطة الغليان.
تم العثور على مخرج من هذا الوضع الصعب. ربط العلماء وحدة طاقة خارج النظام بدرجة حرارة ماء معينة. درجتا الحرارة الأكثر استخدامًا هما 15oC و 20oC.
في الحالة الأولى نتحدث عن سعرات حرارية قياسية ، 4 ، 1868 ج. 4 ، 184 J. تختلف هذه القيم عن بعضها البعض بنسبة 0.07٪ فقط.
عند حل المشكلات في الفيزياء ، يوصى باستخدام القيم الأكبر ، أي 1 كال=4.1868 ج ، نظرًا لأن هذه القيمة قياسية ، ومعترف بها في العديد من البلدان المتقدمة في العالم.
وفقًا لذلك ، فإن 1 كيلو كالوري بالجول يساوي 4186.8 جول أو 4.1868 كيلوجول.
أين هذه المعرفة مهمة؟
كما ذكرنا أعلاه ، السعرات الحرارية ليست كذلكتستخدم في العلم. هناك يوصى باستخدام الجول لقياس الطاقة
ومع ذلك ، في إنتاج المنتجات الغذائية ، يتم تطبيق قيمة الطاقة لمحتوياتها على الملصقات بالكيلو كالوري. كقاعدة عامة ، يتم تكرار هذه القيم بواسطة الأرقام المقابلة بالكيلوجول. ومع ذلك ، فإن العديد من الأنظمة الغذائية الحديثة تعتمد على استخدام نظام السعرات الحرارية.
لماذا من المهم معرفة قيمة الطاقة للأطعمة التي يأكلها الشخص؟ لأن الاختلاف بين استهلاك السعرات الحرارية وتناولها في شكل غذاء يحدد ما إذا كان الوزن سيزيد أم لا.
يعرف كل من واجه هذا السؤال في حياته أن الدهون تحتوي على طاقة تزيد بمقدار 2.25 مرة لكل وحدة كتلة عن البروتينات والكربوهيدرات. بالإضافة إلى ذلك ، هناك شيء يسمى "السعرات الحرارية الفارغة" ، والذي يشير إلى ضرر المنتجات (فهي تمد الجسم بالطاقة ، ولكنها لا تحتوي على العناصر الغذائية والفيتامينات). المشروبات الكحولية هي خير مثال على الأطعمة التي تحتوي على سعرات حرارية فارغة.
مثال على حل المشكلات
لنحل مشكلة بسيطة تتمثل في تحويل السعرات الحرارية إلى الجول. لنفترض أن شخصًا اشترى 2 كجم من اللحوم في متجر. وهو يعلم أن هذا المنتج يحتوي على 1250 كيلو كالوري / كجم. تحتاج إلى إيجاد القيمة المقابلة بالجول.
بما أن كتلة اللحم 2 كجم ، فإن محتواها من السعرات الحرارية هو 2 [كجم]1250 [كيلو كالوري / كجم]=2500 كيلو كالوري. مع العلم أن 1 كيلو كالوري=4186.8 جول ، سنستخدم النسبة. نحصل على: 25004186، 8=10467000 J أو 10، 467 MJ.
