卡路里和焦耳都是能量的单位,在我们的学习生涯中,无论是物理、化学还是生物,都常用焦耳来表示能量。
但在日常生活中,特别是在营养学中,我们更倾向于使用卡路里来描述食物的热量。虽然焦耳是国际单位制中唯一指定的能量基础单位,但在我们离开校园后,却很少使用。
实际上,我们在日常生活中接触到的能量使用情景主要包括电、油、气以及食物。对于食物,我们通常使用卡路里来描述其能量;为汽车加油时,直接使用汽油的容积升数作为单位;在大功率用电上,我们使用度(千瓦时)作为电的单位,其中1度等于3600千焦;而对于小电池的能量,则使用毫安时来表示。至于气的单位,则是用立方米。
虽然现代社会离不开各种形式的能量,对能量的使用以及计量也至关重要,但由于生活中各种单位已经完美地取代了焦耳的地位,导致我们基本上告别了焦耳这个单位。
卡路里这个单位大约是在1820年左右提出的,而焦耳则是在1840年左右出现。起初,卡路里并不是作为能量单位提出的,而是作为热量单位设计出来的。1卡路里的定义是将1克水提升1摄氏度所需要的热量。
在营养学中,我们衡量食物的蕴含的能量时,一般会称其热量为多少卡;在运动时,也会说做了这些运动消耗了多少的热量。虽然热量和能量在物理学的早期是分开考虑的,但热量单位卡路里和功单位焦耳之间有着密切的联系。
焦耳通过测定热和功的转换关系,即热功当量,揭示了热量和力之间的转换规律。后来,人们为了纪念这一发现,将焦耳确定为能量的宏观物理中的唯一单位。但科学家在最初研究时并不完全依赖焦耳来表示所有事物的能量。相反地是先用各种基础的物质量来代替某些场景下的能量使用度量单位。例如煤的热值通常会用大卡来表示。这是因为煤的主要作用是烧锅炉中的热水,用卡路里这个单位显然比焦耳更直观一些。在营养学中同样如此,测量食物所蕴含的能量最简单的办法就是使用燃烧法来确定其完全燃烧后释放的热量值。因此我们在描述食物蕴含的能量时更倾向于使用热量而非能量的说法。这也是过去热量和能量未被统一的说法留下的习惯表述了。