卡路里和焦耳的關係

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簡介

卡路里和焦耳是其中一種能量單位。經證實，卡路里值增加時，焦耳值會以4.2的增長率增加。反之，如果卡路里值減少，焦耳值則會以大約4.2的比率減少。功的單位等於10⁷爾格，約等於10⁷爾格（C.G.S單位制）。焦耳的測量類似於瓦特秒，指的是1牛頓的力作用在粒子1米距離上，且位移方向與力方向一致時所傳遞的能量。

卡路里和焦耳之間是什麼關係？

在國際單位制 (SI) 中，能量、功和熱量使用三種不同的單位。焦耳 (J) 通常用作熱量的SI單位。

焦耳與瓦特（功率）的關係是，功率乘以時間（秒）即可計算出焦耳。而卡路里表示的能量單位比克卡路里大1000倍以上。一卡路里約等於4.2千焦耳。

卡路里和焦耳之間的關係

圖1：卡路里和焦耳的測量

1卡路里是在1標準大氣壓下，使1克水溫度升高1℃所需的熱量。焦耳和卡路里都與熱量有關，熱量的定義有多種方式（Uddin等人，2021）。卡路里和焦耳之間的關係可以用一個簡單的公式計算：1卡路里 ≈ 4.185焦耳（Feng等人，2020）。

能量是做功能力的主要組成部分，熱量是能量最重要的形式之一。熱量和能量是物理學中最重要的組成部分，它們使用不同的單位進行計算。

卡路里和焦耳的公式

卡路里和焦耳是物理學中最常用的物理量，用於計算粒子的熱量和能量。這兩個單位之間的計算公式與多種用途相關（Richmond，2021）。20卡路里約等於83.68焦耳，100卡路里約等於408.5焦耳。

為了計算1千卡，需要用4184焦耳計算；同樣，5千卡可以用20920焦耳計算。為了測量食物的能量，通常使用卡路里而不是焦耳。電力的能量也用焦耳而不是卡路里來計算（Hussein & Ahmed 2021）。

1焦耳相當於1牛頓的力作用在1米距離上。1焦耳大致相當於1瓦特1秒的功率。

卡路里和焦耳的用途

這兩個單位在營養科學領域得到廣泛應用。大卡通常稱為千卡（Richmond，2021）。為了測量食物的營養價值和動物體內的能量，通常用千卡計算，但在美國等一些地方，用千焦耳來測量食物的營養價值和能量。食物中的宏量營養素，如碳水化合物、蛋白質和脂肪，每克約含有4千卡，蛋白質每克含有4千卡，脂肪每克含有9千卡（Hussein & Ahmed 2021）。

圖2：卡路里和焦耳之間的關係

1焦耳代表不同的科學測量，例如：透過1千克質量的1米/秒²加速度計算出的電功率。在能量計算，特別是熱能計算中，使用焦耳。

結論

目前，卡路里和焦耳主要用於測量不同粒子（無論是在物理學還是化學領域）的能量和熱量。在人體能量計算中，卡路里和焦耳都使用，其公式是：每1/60秒（約17毫秒）相當於1焦耳。卡路里和焦耳也用於計算身體粒子的能量和溫度。在測量水溶劑方面，也使用卡路里。在實驗量熱法領域，這兩個單位也經常出現。

常見問題

Q.1 卡路里和焦耳有什麼區別？

這兩個單位都用於計算身體粒子的能量、熱量和功率。大多數情況下，食物的營養價值和人體的能量用卡路里計算，而溫度和化學能則用焦耳計算。

Q.2 卡路里和焦耳的公式是什麼？

卡路里和焦耳的基本公式是：1卡 ≈ 4.184焦耳。通常，4.184被認為是4.2焦耳。

Q.3 卡路里和焦耳的應用是什麼？

在化學領域，卡路里和焦耳也經常使用。為了測量化學反應過程中釋放的能量，通常使用卡路里和焦耳。此外，在生物學方面，這兩個單位也經常使用。

Q.4 卡路里如何換算成焦耳？

卡路里換算成焦耳的基本方法是：1卡 ≈ 4.2焦耳。更普遍的說法是：1千卡 = 4184焦耳。這是將卡路里換算成焦耳最簡單的方法。

參考文獻

期刊

Feng, Z. W., Zhou, X., He, G., & Zhou, S. Q. (2020). Einstein-PMI引力中高維非線性帶電AdS黑洞的焦耳-湯姆遜膨脹. arXiv preprint arXiv:2009.02172. Retrieved from: https://arxiv.org/pdf/2009.02172

Hussein, I. S., & Ahmed, B. A. (2021). 訓練計算卡路里及其對發展某些身體和生物力學能力以及達到青年400米跑成績的影響. 《歐洲體育與運動科學雜誌》, 6(10). Retrieved from: https://www.oapub.org/edu/index.php/ejep/article/download/3589/6224

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Richmond, A. D. (2021). 熱層中的焦耳加熱. 《高層大氣動力學與能量學》, 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). 存在活化能和焦耳熱的Prandtl–Eyring奈米流體的非線性混合對流MHD化學反應流動的數值分析. 《熱分析與量熱雜誌》, 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