焦耳、卡路里与度电
能量的国际单位是焦耳,1 J 等于 1 牛顿的力沿力的方向移动 1 米所做的功,也等于 1 瓦的功率持续 1 秒消耗的能量。千焦和兆焦分别是一千倍和一百万倍。卡路里原本定义为把 1 克水升高 1 摄氏度所需的热量,现在采用热化学卡的约定值:1 cal = 4.184 J,食品营养标签上的大卡就是千卡,1 kcal = 4184 J。所以看包装时,千焦数除以 4.184 就得到大卡数。
电学上用瓦时计量:1 Wh = 3600 J,1 kWh(一度电)= 3.6 兆焦 = 860.4 大卡。英制的英热单位 BTU 表示把 1 磅水升高 1 华氏度的热量,1 BTU ≈ 1055.06 J,燃气热值和空调制冷量常用它。微观领域用电子伏,1 eV = 1.602177×10⁻¹⁹ J,是一个电子经过 1 伏电压加速获得的能量。
算例与生活中的量级
算例一:一包薯片标注每份 1800 kJ,换算成大卡是 1800 ÷ 4.184 ≈ 430 kcal,相当于慢跑约 45 分钟的消耗。算例二:1 度电 = 3.6 MJ = 860 大卡,理论上可以把 10 升水从 20 摄氏度烧到接近沸腾(需要约 0.93 度电),电热水壶的实际耗电会略高一些,因为有散热损失。
常见量级可以帮助判断结果是否合理:一个成年人每天摄入约 2000 大卡,也就是 8368 千焦或 2.33 度电的能量;一节 5 号碱性电池约 3 Wh;手机电池 5000 毫安时按 3.85 伏计算约 19 Wh;一升汽油完全燃烧约放出 32 兆焦。注意食品包装上的千焦和千卡差了 4.184 倍,看错单位会让热量估算严重偏低。