卡路里和焦耳的关系

---

简介

卡路里和焦耳是其中一种能量单位。经证实，卡路里值增加时，焦耳值会以4.2的增长率增加。反之，如果卡路里值减少，焦耳值则会以大约4.2的比率减少。功的单位等于10⁷尔格，约等于10⁷尔格（C.G.S单位制）。焦耳的测量类似于瓦特秒，指的是1牛顿的力作用在粒子1米距离上，且位移方向与力方向一致时所传递的能量。

卡路里和焦耳之间是什么关系？

在国际单位制 (SI) 中，能量、功和热量使用三种不同的单位。焦耳 (J) 通常用作热量的SI单位。

焦耳与瓦特（功率）的关系是，功率乘以时间（秒）即可计算出焦耳。而卡路里表示的能量单位比克卡路里大1000倍以上。一卡路里约等于4.2千焦耳。

卡路里和焦耳之间的关系

图1：卡路里和焦耳的测量

1卡路里是在1标准大气压下，使1克水温度升高1℃所需的热量。焦耳和卡路里都与热量有关，热量的定义有多种方式（Uddin等人，2021）。卡路里和焦耳之间的关系可以用一个简单的公式计算：1卡路里 ≈ 4.185焦耳（Feng等人，2020）。

能量是做功能力的主要组成部分，热量是能量最重要的形式之一。热量和能量是物理学中最重要的组成部分，它们使用不同的单位进行计算。

卡路里和焦耳的公式

卡路里和焦耳是物理学中最常用的物理量，用于计算粒子的热量和能量。这两个单位之间的计算公式与多种用途相关（Richmond，2021）。20卡路里约等于83.68焦耳，100卡路里约等于408.5焦耳。

为了计算1千卡，需要用4184焦耳计算；同样，5千卡可以用20920焦耳计算。为了测量食物的能量，通常使用卡路里而不是焦耳。电力的能量也用焦耳而不是卡路里来计算（Hussein & Ahmed 2021）。

1焦耳相当于1牛顿的力作用在1米距离上。1焦耳大致相当于1瓦特1秒的功率。

卡路里和焦耳的用途

这两个单位在营养科学领域得到广泛应用。大卡通常称为千卡（Richmond，2021）。为了测量食物的营养价值和动物体内的能量，通常用千卡计算，但在美国等一些地方，用千焦耳来测量食物的营养价值和能量。食物中的宏量营养素，如碳水化合物、蛋白质和脂肪，每克约含有4千卡，蛋白质每克含有4千卡，脂肪每克含有9千卡（Hussein & Ahmed 2021）。

图2：卡路里和焦耳之间的关系

1焦耳代表不同的科学测量，例如：通过1千克质量的1米/秒²加速度计算出的电功率。在能量计算，特别是热能计算中，使用焦耳。

结论

目前，卡路里和焦耳主要用于测量不同粒子（无论是在物理学还是化学领域）的能量和热量。在人体能量计算中，卡路里和焦耳都使用，其公式是：每1/60秒（约17毫秒）相当于1焦耳。卡路里和焦耳也用于计算身体粒子的能量和温度。在测量水溶剂方面，也使用卡路里。在实验量热法领域，这两个单位也经常出现。

常见问题

Q.1 卡路里和焦耳有什么区别？

这两个单位都用于计算身体粒子的能量、热量和功率。大多数情况下，食物的营养价值和人体的能量用卡路里计算，而温度和化学能则用焦耳计算。

Q.2 卡路里和焦耳的公式是什么？

卡路里和焦耳的基本公式是：1卡 ≈ 4.184焦耳。通常，4.184被认为是4.2焦耳。

Q.3 卡路里和焦耳的应用是什么？

在化学领域，卡路里和焦耳也经常使用。为了测量化学反应过程中释放的能量，通常使用卡路里和焦耳。此外，在生物学方面，这两个单位也经常使用。

Q.4 卡路里如何换算成焦耳？

卡路里换算成焦耳的基本方法是：1卡 ≈ 4.2焦耳。更普遍的说法是：1千卡 = 4184焦耳。这是将卡路里换算成焦耳最简单的方法。

参考文献

期刊

Feng, Z. W., Zhou, X., He, G., & Zhou, S. Q. (2020). Einstein-PMI引力中高维非线性带电AdS黑洞的焦耳-汤姆逊膨胀. arXiv preprint arXiv:2009.02172. Retrieved from: https://arxiv.org/pdf/2009.02172

Hussein, I. S., & Ahmed, B. A. (2021). 训练计算卡路里及其对发展某些身体和生物力学能力以及达到青年400米跑成绩的影响. 《欧洲体育与运动科学杂志》, 6(10). Retrieved from: https://www.oapub.org/edu/index.php/ejep/article/download/3589/6224

Minamitani, E. (2021). 半导体焦耳热初始过程的从头算分析. 《物理评论B》, 104(8), 085202. Retrieved from: ( https://arxiv.org/pdf/2107.03553

Richmond, A. D. (2021). 热层中的焦耳加热. 《高层大气动力学与能量学》, 1-18. Retrieved from: https://cedarscience.org/sites/default/files/workshops/2022/Richmond2020preprint.pdf

Uddin, I., Ullah, I., Ali, R., Khan, I., & Nisar, K. S. (2021). 存在活化能和焦耳热的Prandtl–Eyring纳米流体的非线性混合对流MHD化学反应流动的数值分析. 《热分析与量热杂志》, 145(2), 495-505. Retrieved from: https://www.researchgate.net/profile/Ali-8/publication/341411314_Numerical_analysis_of_nonlinear_mixed_convective_MHD_chemically_reacting_flow_of_Prandtl-Eyring_nanofluids_in_the_presence_of_activation_energy_and_Joule_heating/links/5ecd71ee92851c9c5e5f490c/Numerical-analysis-of-nonlinear-mixed-convective-MHD-chemically-reacting-flow-of-Prandtl-Eyring-nanofluids-in-the-presence-of-activation-energy-and-Joule-heating.pdf