Калория

Само слово происходит от фр. calorie, которое, в свою очередь, происходит от лат. calor, означающего «тепло». Ранее также были распространены термины «малая калория» (соответствует современной калории) и «большая калория» (соответствует современной килокалории)^[4]. «Большая» калория была впервые представлена Николя Клеман-Дезормом как единица тепловой энергии в лекциях в 1819—1824 годах^[5][6]. «Малая» калория была введена химиком Пьером Антуаном Фавром и физиком Иоганном Т. Зильберманом в 1852 году. В 1879 году Марцеллин Бертелот провёл различие между грамм-калорией (современная калория) и килограммом-калорией (современная килокалория))^[6].

Использование килограмма-калории (ккал) для питания было представлено профессором Уэслианского университета Уилбуром Олином Этуотером в 1887 году^[5].

Современная калория (кал) была впервые признана единицей системы СГС в 1896 году^[6] вместе с уже существующей единицей энергии СГС, эрг (впервые предложенный Клаузиусом в 1864 году под названием эргон, и официально принятый в 1882 году).

Уже в 1928 году были серьёзные жалобы на возможную путаницу, возникающую из-за двух основных определений калорийности, и встал вопрос о том, разумно ли использовать заглавную букву для их различения^[7]. Использование калорий было официально осуждено девятой Генеральной конференцией по мерам и весам в 1948 году^[8].

Общий подход к определению калории связан с удельной теплоёмкостью воды и состоит в том, что калория определяется как количество теплоты, необходимое для нагревания 1 грамма воды на 1 градус Цельсия при стандартном атмосферном давлении 101 325 Па. Однако поскольку теплоёмкость воды зависит от температуры, то и размер определяемой таким образом калории зависит от условий нагревания. В силу сказанного и по причинам исторического характера возникли и существуют несколько различных видов калории^[2], среди которых наиболее часто используются:

• Калория (калория международная) (русское обозначение: кал; международное: cal), 1 кал = 4,1868 Дж точно^[9].
• Калория термохимическая (русское обозначение: кал_ТХ; международное: cal_th), 1 кал_ТХ ≈ 4,1840 Дж^[9][10][11].
• Калория 15-градусная (русское обозначение: кал₁₅; международное: cal₁₅), 1 кал₁₅ ≈ 4,1855 Дж.

Эти три единицы различаются менее чем на 0,07 %, поэтому они взаимозаменяемы в расчётах и измерениях, не предполагающих высокой точности.

Использовались также 0-градусная калория, 20-градусная калория, 25-градусная калория, средняя калория. В частности, в СССР с 1934 по 1957 годы была стандартизована и применялась 20-градусная калория, равная с точностью до 0,02 % количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 грамма воды с 19,5 до 20,5 градусов Цельсия (4,181 Дж)^[12].

Международная калория была введена в 1929 году в Лондоне на 1-й Мировой конференции по свойствам воды и пара. Она была определена как 1/861100 часть «международного» киловатт-часа^[12] (который отличается от современного определения вследствие переопределения ватта в СИ: 1 абсолютный ватт, или ватт СИ, примерно равен 1,00019 старого «международного» ватта, использовавшегося с 1909 по 1948 годы).

Ранее калория широко использовалась для измерения энергии, работы и теплоты; «калорийностью» называлась теплота сгорания топлива. В настоящее время, несмотря на переход в систему СИ, в теплоэнергетике, системах отопления, коммунальном хозяйстве часто используется кратная единица измерения количества тепловой энергии — гигакалория (Гкал) (10⁹ калорий). Для измерения тепловой мощности используется производная единица Гкал/ч (гигакалория в час), характеризующая количество теплоты, произведённой или использованной тем или иным оборудованием за единицу времени.

Кроме того, калория применяется при оценках энергетической ценности («калорийности») пищевых продуктов. Обычно энергетическая ценность указывается в килокалориях (ккал). Следует учитывать, что в диетологии и других близких сферах использования префикс кило- часто опускают, если это не может вызвать ошибок и разночтений, то есть килокалорию энергетической ценности называют просто калорией. Это обусловлено историческими причинами, поскольку прежде для калории и килокалории официально использовались термины малая калория и большая калория^[12].

Для измерения количества энергии используются также мегакалория (1 Мкал = 10⁶ кал) и теракалория (1 Ткал = 10¹² кал).

Ниже используется стандартная международная калория: 1 кал = 4,1868 Дж.

• 1 Дж ≈ 0,2388458966 кал.
• 1 кВт·ч ≈ 0,859845 Мкал.
• 1 Гкал = 1163 кВт·ч (точно).
• 1 эВ = (1,602176634·10⁻¹⁹ / 4,1868) кал (точно) ≈ 3,8267331145·10⁻²⁰ кал.
• 1 кал = (4,1868 / 1,602176634·10⁻¹⁹) эВ (точно) ≈ 2,6131950193·10¹⁹ эВ.
• 1 британская тепловая единица (BTU) ≈ 252 кал.
• 1 ккал ≈ 3,968 BTU.
• 1 эквивалент барреля нефти (BOE) ≈ 1,46 Гкал.
• 1 Гкал ≈ 0,684 BOE.
• 1 килотонна тротилового эквивалента = 1 Ткал_ТХ ≈ 1 Ткал.

Принятая в холодильной технике единица измерения холода, численно равная одной килокалории, взятой с обратным знаком. Одна фригория равна минус одной килокалории^[13].

Единица измерения теплоты, численно равная 1 мегакалории (10⁶ калориям)^[14].

BTU (британская тепловая единица) — единица, применяемая для измерения тепловой энергии в англоязычных странах. Её определение методологически близко к определению калории, но опирается на имперские единицы: 1 BTU равна энергии, необходимой для нагревания 1 фунта воды на 1 градус Фаренгейта.

Для измерения энерговыделения взрывных процессов используется тротиловый эквивалент. Ввиду почти точного, в пределах процентов, совпадения энергии взрывного разложения 1 грамма тротила (тринитротолуола, ТНТ) и 1 килокалории, условно принимается, что 1 килотонна ТНТ в энергетическом выражении соответствует 1 термохимической теракалории (10¹² калориям_ТХ).

Под калорийностью, или энергетической ценностью пищи, подразумевается количество энергии, которое получает организм при полном её усвоении. Чтобы определить полную энергетическую ценность пищи, её сжигают в калориметре и измеряют тепло, выделяющееся в окружающую его водяную баню. Аналогично измеряют и расход энергии человеком: в герметичной камере калориметра измеряют выделяемое человеком тепло и переводят его в «сожжённые» калории — таким образом можно узнать физиологическую энергетическую ценность пищи^[17]. Подобным способом можно определить энергию, требующуюся для обеспечения жизнедеятельности и активности любого человека. Таблица отражает эмпирические результаты этих испытаний, по которым и рассчитывается ценность продуктов на их упаковках. Искусственные жиры (маргарины) и жиры морепродуктов имеют эффективность 4—8,5 ккал/г, поэтому можно примерно узнать их долю в общем количестве жиров.