Kalorie

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"kcal" leitet hier um; Dieser Artikel handelt von der Energieeinheit. Für andere Anwendungen, siehe KCAL (Disambiguierung) und Calorie (Begriffsklärung).
Ein 710-Milliliter Energy Drink mit 330 kcal, mehr als ein Fast-Food-Cheeseburger und das Äquivalent von 18 Single-Portion-Packungen Zucker

Eine Kalorie ist eine Energieeinheit. Verschiedene Definitionen existieren, aber fallen in zwei große Kategorien. Die erste, die kleine Kalorien- oder Grammkalorie (Symbol: cal), ist definiert als die Menge an Energie, die benötigt wird, um die Temperatur von einem Gramm Wasser um ein Grad Celsius bei einem Druck von einer Atmosphäre zu erhöhen.[1] Die zweite, die große Kalorien- oder Kilokalorie (Symbole: Cal, Kcal), auch als Kalorienkalorienzähler und ähnliche Namen bekannt,[2] ist in Bezug auf das Kilogramm und nicht das Gramm definiert. Es entspricht 1000 kleinen Kalorien oder 1 Kilokalorie (Symbol: kcal).[1]

Obwohl sich diese Einheiten auf das metrische System beziehen, wurden sie alle seit der Annahme des SI-Systems in der Wissenschaft als obsolet angesehen.[3] Die Energieeinheit im Internationalen Einheitensystem ist das Joule. Eine kleine Kalorie ist etwa 4,2 Joule (also eine große Kalorie ist etwa 4,2 Kilojoule). Der zur Umwandlung von Kalorien in Joules bei einer gegebenen Temperatur verwendete Faktor entspricht numerisch der spezifischen Wärmekapazität von Wasser, ausgedrückt in Joule pro Kelvin pro Gramm (oder pro Kilogramm für Kilokalorien). Der genaue Umrechnungsfaktor hängt von der gewählten Definition ab.

Trotz seines inoffiziellen Status wird die große Kalorie immer noch als eine Einheit der Nahrungsenergie verwendet. Die kleine Kalorie wird auch oft für Messungen in der Chemie verwendet, obwohl die Mengen typischerweise in Kilokalorien aufgezeichnet werden.

Geschichte

Die Kalorien wurden erstmals 1824 von Nicolas Clément als Einheit der Wärmeenergie definiert.[3] Es wurde zwischen 1841 und 1867 in französische und englische Wörterbücher aufgenommen. Das Wort kommt aus dem Lateinischen Kalor, was "Hitze" bedeutet. Die große Kalorie wurde 1887 von Wilbur Olin Atwater der amerikanischen Öffentlichkeit vorgestellt.[3]

Definitionen

Die Energie, die benötigt wird, um die Temperatur einer gegebenen Wassermasse um 1 ° C zu erhöhen, hängt vom atmosphärischen Druck und der Starttemperatur ab. Dementsprechend wurden mehrere verschiedene genaue Definitionen der Kalorien verwendet.

Der Druck wird üblicherweise als Standardatmosphärendruck (101,325 kPa) angenommen. Der Temperaturanstieg kann als ein Kelvin ausgedrückt werden, was gleichbedeutend mit einem Inkrement von einem Grad Celsius ist.

Name Symbol Umwandlungen Anmerkungen
Thermochemische Kalorie Kalth ≡ 4.184 J

≈ 0.003964 BTU≈ 1.162×10−6 kWh≈ 2.611×1019 eV

die Energiemenge entspricht exakt 4,184 Joule [4][ein][6][7]
4 ° C Kalorien Kal4 ≈ 4.204 J

≈ 0.003985 BTU≈ 1.168 × 10−6 kWh≈ 2.624 × 1019 eV

die Energiemenge, die erforderlich ist, um ein Gramm luftfreies Wasser von 3,5 bis 4,5 ° C bei normalem atmosphärischem Druck zu erwärmen.
15 ° C Kalorien Kal15 ≈ 4.1855 J

≈ 0.0039671 BTU≈ 1.1626 × 10−6 kWh≈ 2.6124 × 1019 eV

die Energiemenge, die erforderlich ist, um ein Gramm luftfreies Wasser von 14,5 bis 15,5 ° C bei normalem Atmosphärendruck zu erwärmen. Die experimentellen Werte dieser Kalorien reichten von 4.1852 bis 4.1858 J. Die CIPM veröffentlichte 1950 einen mittleren experimentellen Wert von 4.1855 J, wobei eine Unsicherheit von 0.0005 J angegeben wurde.[4]
20 ° C Kalorien Kal20 ≈ 4.182 J

≈ 0.003964 BTU≈ 1.162 × 10−6 kWh≈ 2.610 × 1019 eV

die Energiemenge, die erforderlich ist, um ein Gramm luftfreies Wasser von 19,5 auf 20,5 ° C bei normalem atmosphärischem Druck zu erwärmen.
Mittlere Kalorien Kalbedeuten 4.190 J.

≈ 0.003971 BTU≈ 1.164 × 10−6 kWh≈ 2.615 × 1019 eV

1100 der Energiemenge, die benötigt wird, um ein Gramm luftfreies Wasser von 0 bis 100 ° C bei normalem atmosphärischem Druck zu erwärmen.
Internationale Dampftischkalorie (1929) ≈ 4.1868 J

≈ 0.0039683 BTU≈ 1.1630 × 10−6 kWh≈ 2.6132 × 1019 eV

1860 internationale Wattstunden = ​18043 internationale Joule genau.[Anmerkung 1]
Internationale Dampftischkalorie (1956) KalES ≡ 4.1868 J

≈ 0.0039683 BTU≈ 1.1630 × 10−6 kWh≈ 2.6132 × 1019 eV

1,163 mW · h = 4,1868 J genau. Diese Definition wurde von der Fünften Internationalen Konferenz über Eigenschaften von Dampf angenommen (London, Juli 1956).[4]
  1. ^ Die Zahl hängt vom Umrechnungsfaktor zwischen ab internationale Joule und absolut (modern) Joule. Mit dem mittleren internationalen Ohm und Volt (1.00049 Ω, 1.00034 V[8]), der internationale Joule geht um 1.00019 J, mit den US-internationalen Ohm und Volt (1.000495 Ω, 1.000330 V) es geht um 1.000165 Jgeben 4.18684 und 4.18674 J, beziehungsweise.

Die beiden in der älteren Literatur am häufigsten vorkommenden Definitionen scheinen die zu sein 15 ° C Kalorien und das thermochemische Kalorie. Bis 1948 wurde letzterer als 4,1833 internationale Joule definiert; der gegenwärtige Standard von 4.184 J wurde gewählt, um die neue thermochemische Kalorie die gleiche Menge an Energie wie zuvor darzustellen.[6]

Die Kalorie wurde zuerst spezifisch definiert, um Energie in Form von Wärme zu messen, insbesondere in der experimentellen Kalorimetrie.[9]

Ernährung

Hauptartikel: Nahrungsenergie

In einem Ernährungskontext ist das Kilojoule (kJ) die SI-Einheit der Nahrungsenergie, obwohl die Kilokalorie immer noch gebräuchlich ist.[10] Das Wort Kalorie wird im Volksmund mit der Anzahl der gemessenen Kilokalorien der Nahrungsenergie verwendet.Wie um Verwirrung zu vermeiden, wird es manchmal geschrieben Kalorie (mit einem großen "C") versucht, die Unterscheidung zu machen, obwohl dies nicht weit verbreitet ist. Die Großschreibung verstößt gegen die Regel, dass der Anfangsbuchstabe eines Anteilsnamens oder seines Derivats im englischen Kleinbuchstaben sein muss.[11]

Um den Vergleich zu erleichtern, werden spezifische Energie- oder Energiedichtezahlen oft als "Kalorien pro Portion" oder "Kilokalorien pro 100 g" angegeben. Ein Nährstoffbedarf oder -verbrauch wird oft in Kalorien pro Tag ausgedrückt. Ein Gramm Fett in Lebensmitteln enthält neun Kilokalorien, während ein Gramm Kohlenhydrat oder ein Protein etwa vier Kilokalorien enthält.[12] Alkohol in einem Essen enthält sieben Kilokalorien pro Gramm.[13]

Chemie

In anderen wissenschaftlichen Zusammenhängen bezeichnet der Begriff Kalorie bezieht sich fast immer auf die kleine Kalorie. Obwohl es keine SI-Einheit ist, wird es immer noch in der Chemie verwendet. Zum Beispiel wird die in einer chemischen Reaktion pro Mol Reagens freigesetzte Energie gelegentlich in Kilokalorien pro Mol ausgedrückt.[14] Typischerweise war diese Verwendung hauptsächlich auf die Leichtigkeit zurückzuführen, mit der sie in Laborreaktionen, insbesondere in wässriger Lösung, berechnet werden konnte: ein in Wasser gelöstes Reagenzvolumen mit einer Konzentration in Mol pro Liter (1 Liter mit einem Gewicht von 1 kg) induziert eine Temperaturänderung in Grad Celsius im Gesamtvolumen des Wasserlösungsmittels, und diese Mengen (Volumen, molare Konzentration und Temperaturänderung) können dann verwendet werden, um die Energie pro Mol zu berechnen. Gelegentlich wird es auch verwendet, um Energieraten anzugeben, die sich auf die Reaktionsenergie beziehen, wie die Bildungsenthalpie und die Größe von Aktivierungsbarrieren.[15] Seine Verwendung wird jedoch durch die SI-Einheit, das Joule und Vielfache davon, wie das Kilojoule, ersetzt.

Messung des Energiegehaltes von Lebensmitteln

In der Vergangenheit wurde ein Bombenkalorimeter verwendet, um den Energiegehalt von Lebensmitteln zu bestimmen, indem eine Probe verbrannt und eine Temperaturänderung in dem umgebenden Wasser gemessen wurde. Heutzutage wird diese Methode in den USA nicht verwendet und es ist ihr gelungen, den Energiegehalt indirekt aus der Addition der Energie zu berechnen, die von energiehaltigen Nahrungsnährstoffen (wie Eiweiß, Kohlenhydraten und Fetten) bereitgestellt wird. Der Fasergehalt wird ebenfalls subtrahiert, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass die Faser nicht vom Körper verdaut wird.[12]

Siehe auch

  • Grundumsatz
  • Kalorische Theorie
  • Umwandlung von Energieeinheiten
  • Leere Kalorien
  • Nahrungsenergie
  • Frigorie
  • Nährwertkennzeichnung

Anmerkungen

  1. ^ "Die 'thermochemische Kalorie' wurde von Rossini einfach als 4,1833 internationale Joules definiert, um die Schwierigkeiten zu vermeiden, die mit Unsicherheiten bezüglich der Wärmekapazität von Wasser verbunden sind (es wurde genau wie 4,1840 J neu definiert)."[5]

Verweise

  1. ^ a b"Definition von Kalorien". Merriam-Webster. 1. August 2017. Abgerufen 4. September, 2017.
  2. ^ Conn, Carole; Len Kravitz. "Bemerkenswerte Kalorien". Universität von New Mexiko. Abgerufen 30. April 2014.
  3. ^ a b cHargrove, James L (2007). "Sagt die Geschichte der Nahrungsmittelenergieeinheiten eine Lösung für" Kalorienverwirrung "?". Ernährung Journal. 6 (44). doi: 10.1186 / 1475-2891-6-44. PMC 2238749 Frei zugänglich. PMID 18086303. Abgerufen 31. August 2013.
  4. ^ a b cInternationale Norm ISO 31-4: Mengen und Einheiten, Teil 4: Wärme. Anhang B (informativ): Weitere Angaben zur Einheit, insbesondere zum Umrechnungsfaktor. Internationale Organisation für Normung, 1992.
  5. ^ FAO (1971). "Die Annahme von Joules als Energieeinheiten".
  6. ^ a bRossini, Fredrick (1964). "Exkursion in der chemischen Thermodynamik von der Vergangenheit in die Zukunft". Reine und Angewandte Chemie. 8 (2): 107. doi: 10.1351 / pac196408020095. Abgerufen 21. Januar 2013. Sowohl die IT-Kalorie als auch die thermochemische Kalorie sind völlig unabhängig von der Wärmekapazität von Wasser.
  7. ^ Lynch, Charles T. (1974). Handbuch der Materialwissenschaften: Allgemeine Eigenschaften, Band 1. CRC Press. p. 438. Abgerufen 8. März 2014.
  8. ^ Internationale Union für reine und angewandte Chemie (IUPAC) (1997). "1.6 Umrechnungstabellen für Einheiten". Kompendium der analytischen Nomenklatur (PDF) (3 ed.). ISBN 0-86542-615-5. Abgerufen 31. August 2013.
  9. ^ Allain, Rhett (23. Februar 2016). "Kalorien berechnen, indem man Gummibärchen zu Tode verbrennt". Wissenschaftlicher Amerikaner. Abgerufen 7. September, 2017.
  10. ^ "Aussichten für die Lebensmittel-Energiekennzeichnung mit SI-Einheiten verbessern sich". Metrische Ansichten. Britische metrische Vereinigung. 24. Februar 2012. Abgerufen 17. April 2013.
  11. ^ "SI Konventionen". Nationales Physikalisches Labor. Abgerufen 8. Februar 2016.
  12. ^ a b "Wie berechnen Lebensmittelhersteller die Kalorienzahl verpackter Lebensmittel?". Wissenschaftlicher Amerikaner. Abgerufen 2017-09-08.
  13. ^ "Kalorien - Fett, Protein, Kohlenhydrate, Alkohol. Kalorien pro Gramm".
  14. ^Zvi Rappoport ed. (2007), "Die Chemie der Peroxide", Band 2, Seite 12.
  15. ^ Bhagavan, N. V. (2002). Medizinische Biochemie. Akademische Presse. pp. 76-77. ISBN 9780120954407. Abgerufen 5. September 2017.
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