Кало́рия — внесистемная единица количества теплоты; энергия, необходимая для нагревания 1 грамма воды на 1 градус Цельсия. Определены и используются три разновидности калории, немного различающиеся своей величиной. В Российской Федерации все три вида калории допущены к использованию в качестве внесистемных единиц без ограничения срока с областью применения «промышленность» [1] . В то же время Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ) относит калорию к таким единицам измерения, «которые должны быть изъяты из обращения как можно скорее там, где они используются в настоящее время, и которые не должны вводиться, если они не используются» [2] . Первым термин «калория» применил шведский физик Иоганн Вильке (1732—1796) [3] .

Содержание

Определения [ править | править код ]

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 три определения трёх различных видов калории [1] .

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

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) (10 9 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).

Для измерения количества энергии используются также мегакалория (1 Мкал = 10 6 кал) и теракалория (1 Ткал = 10 12 кал).

Связь с другими единицами [ править | править код ]

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

• 1 Дж ≈ 0,2388458966 кал.
• 1 кВт·ч ≈ 0,859845 Мкал.
• 1 Гкал = 1163 кВт·ч точно.
• 1 кал ≈ 2,6131950408·10 19 эВ.
• 1 эВ ≈ 3,8267331155·10 −20 кал.
• 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.

Связанные единицы [ править | править код ]

Фригория [ править | править код ]

Принятая в холодильной технике единица измерения холода, численно равная одной килокалории, взятой с обратным знаком. Одна фригория равна минус одной килокалории [4] .

Термия [ править | править код ]

Единица измерения теплоты, численно равная 10 6 калорий [5] .

Британская тепловая единица [ править | править код ]

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.

Килотонна ТНТ [ править | править код ]

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.

Калорийность [ править | править код ]

Питательное вещество	Килокалорий на грамм
Углеводы	3,75
Белки	4
Жиры	9
Этиловый спирт	7

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 [6] . 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.

Этимология [ править | править код ]

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) [3] .

Определите массу пустой банки для продуктов.

Определим массу образца продуктов.

m_жиров = 7 г; m_белка = 7 г;m_{углеводов} = 6 г.

Налить в предназначенную банку 100 мл воды

Положить образец пищи в предназначенную для этого банку.

Установить банку с образцом пищи непосредственно под банку с водой.

Поместить датчик температуры в воду.

Поджечь образец пищи и начать регистрацию данных на компьютер.

Спустя 100 с остановить регистрацию данных.

Сохранить данные опыта на компьютер.

Повторить п.п. 3-11.

Изменение температуры воды при сжигании образцов пищи отражены в приложении 2.

Анализ результатов эксперимента:

Найти изменение температуры воды (Δt) в процессе сгорания каждого образца пищи:

Δt_белка = 28 C 0

Δt_жиров = 18 C 0

Δt_{углеводов} = 13 C 0

Рассчитайте с помощью уравнения (Q = c × m × Δt) количество тепла (Q), поглощённого водой.

Q_белка = 4,2 Дж/г × 100 г × 28 С 0 = 11760 Дж

Q_жиров = 4,2 Дж/г × 100 г × 18 C 0 = 7560 Дж

Q_{углеводов} = 4,2 Дж/г × 100 г × 13 С 0 = 4730 Дж

Найти m_пищи – массу пищи, которая сгорела.

Определите удельную теплоту (кДж/г) – количество тепла, поглощённого водой при сгорании.

Е_белков =11760 Дж ÷ 1 г = 11760 Дж/г ̴͂ 11,8 кДж/г

Е_жиров = 7560 Дж ÷ 1 г = 7560 Дж/г ̴͂ 7,6 кДж/г

Е_{углеводов} = 5460 Дж ÷ 2 г = 2730 Дж/г ̴͂ 2,6 кДж/г

По имеющимся у нас данным заполним таблицу:

Выводы

По общей картине графиков мы наблюдаем что, температура при сжигании углеводов ниже, чем у белков и жиров. Учитывая то, что, сгоревшего продукта углевода было больше можно сделать вывод о том, что при активной деятельности количество углеводов сгорает больше, выделяя меньшее кол-во энергии, а белков по количеству с жирами одинаково, но энергетическая ёмкость белков гораздо выше жиров.

Наше тело, если его сравнивать с устройством, использовавшимся для проведения нашего исследования, играет роль «дымовой трубы». Кислород нашего организма как раз и обеспечивает «сгорание», то есть усвоение съеденной нами пищи, точно так же, как кислород, содержащийся в воздухе, поддерживает горение продуктов.

В результате сделанных расчётов, я выяснил, что можно компенсировать энергетические затраты человека. Данная работа имеет приоритет в том, что на основе правильных энергетических комбинаций, можно добиться того, что организм человека не будет испытывать потери энергии, а также потреблять энергии больше, чем он расходует в результате своей жизнедеятельности.

Заключение

Россия находится на третьем месте в мире по распространенности ожирения и избыточной массы тела: более 30 % трудоспособного населения страдает избыточной массой тела и ожирением. В то же время ни в отечественной науке, ни в государственной политике не прослеживается должного понимания, как масштабов проблемы, так и ее социального характера.

Всем должно быть ясно, что профилактика ожирения является одним из основополагающих принципов оздоровления нашего общества, так как основная причина высокой смертности тучных людей — это не само ожирение, а его тяжелые сопутствующие заболевания.

В ходе проведенной исследовательской работы мы не выявили больших проблем, касающихся питания школьников. Нужно разработать комплекс мер, направленных на профилактику нарушения веса.

Необходимо также вести пропаганду здорового образа жизни в частности разъяснять учащимся основы здорового питания. Придерживаться правил правильного питания совсем не сложно. Самое главное чтобы это вошло в привычку. Это должно стать приоритетным направлением в образовательном учреждении, т.к. последствия нарушения здорового питания будут сказываться и на дальнейшем учебном процессе, и в будущем на трудоспособности человека.

Список использованных источников и литературы

В процессе работы над данной темой мною была изучена и проанализирована научно – познавательная литература, которая помогла осуществить выполнение данной работы.

Цифровые лаборатории einstein™. Лабораторные работы по физике: Руководство для учителя. – Fourier Systems Ltd., 2013.

Приложение 1. Анкета «Питание подростка»

Отметьте свой ответ V

1. Сколько раз в день Вы едите? 1) 3-5 раз, 2) 1-2 раза, 3) 7-8 раз, сколько захочу.

2. Завтракаете ли Вы дома перед уходом в школу? 1) да, каждый день, 2) иногда не успеваю,3) не завтракаю.

3. Употребляете ли Вы в пищу свежие овощи?1) всегда, постоянно, 2) редко, во вкусных салатах, 3) не употребляю.

4. Что вы предпочитаете более?

1) Отваренную грудку

5. Как часто вы употребляете в пищу мясо, рыбу, яйца, молоко?

1)всегда, постоянно, 2) редко3) не употребляю.

6.Поев чего, вы долго не чувствуете голода?

1) Мясо, рыбу, яйца

2) мясные полуфабрикаты, колбаса

3) овощи и фрукты

7. Как часто вы употребляете чипсы, фаст-фуд, сухарики?

1)всегда, постоянно, 2) редко3) не употребляю.

8. Какие продукты ты считаешь вредными?

Калории — это количество той энергии, которую мы получаем из продуктов и должны обязательно утилизировать, потому что, если баланс между поступлением и расходом не будет соблюдён, человек непременно начнёт толстеть. Кто и как определил, что в огурцах их, например, 20, а в мясе — 200? Методов для этого, оказывается, немало. Основной — использование калориметра — специальной термически изолированной камеры, в которой сжигается продукт и выясняется, сколько при этом выделяется тепла (энергии). В нашем организме фактически происходит то же самое, и полученную энергию человек использует на себя: на обмен веществ, на физическую активность и на выработку тепла.

А как определяют количество калорий, которые мы тратим, занимаясь физическим трудом? Оказывается, человека тоже можно поместить в большой калориметр и посчитать, сколько он будет выделять тепла. Метод не всегда удобно использовать, поэтому существует несколько способов непрямой калориметрии. Например, количество калорий определяется по тому, сколько человек потребил кислорода и выделил СО2. Есть методы, основанные на измерении частоты сердцебиения.

Откуда несоответствие?

И всё же огромное количество справочников по калорийности подчас приводит в замешательство: цифры оказываются разными. Почему так происходит?

— Американские, европейские, азиатские, российские данные калорийности продуктов могут различаться, — говорит Минкаил Гаппаров, член-корреспондент РАМН, замдиректора по научной работе ГУ НИИ питания РАМН. — Содержание белков, жиров, углеводов в продуктах будет колебаться в зависимости от климата, почвы, сортов, видов и т. д. Более того, сельское хозяйство стремится идти в русле интенсификации, а потому картофель, например, лет сто тому назад содержал 21-22% крахмала, сейчас лучшие его сорта содержат 12-13%. Значит, его энергетическая ценность уменьшилась. Кроме того, чем выше урожайность, тем меньше наполнение продукта: в сахарной свёкле при большом урожае сахара меньше, значит, и калорийность ниже. Поэтому расхождения в цифрах вполне объяснимы.

Куда девать энергию?

С тем, как подсчитать калории, мы разобрались, но много важнее решить, куда их девать.

— Основная часть энергии современного малоподвижного человека (свыше 60%) уходит на построение структуры организма. На физическую активность он тратит совсем мало — 25-30%, а должен бы — около 50%, — продолжает Минкаил Гаппаров. — Опасность даже не в том, что стали больше есть жирного, а в том, что стали меньше двигаться. Сейчас активный образ жизни ведёт 5-8% населения. Человек сам себя обездвижил (автомобили, лифты, телевизор, даже на руле гидроусилитель) и подошёл к нижнему пределу: затраты энергии составляют всего 2000-2500 ккал в день — это уже критические цифры. Если и дальше так пойдёт, у людей будет развиваться мышечная дистрофия, вялость, риск ожирения возрастёт в 3-5 раз, за ним начнутся проблемы с сердцем и сосудами, диабет. Уже сегодня в развитых странах избыточная масса более чем у миллиарда человек, а диагноз «ожирение» — почти у 800 миллионов. Ужасно, что от этого страдают даже дети! Ребёнок по крайней мере 20% суточного времени должен резвиться — бегать, прыгать, плавать, а этого нет.

Если вы съели 2 лишних кусочка сахара (примерно 10 г) — это около 40 ккал. Из них синтезируется почти 3 г жира. Если эти лишние кусочки будут потребляться ежедневно, их вполне хватит, чтобы в течение года набрать больше 1 кг лишнего веса. Двадцатилетний человек за 10 лет наберёт больше 10 кг, через 20 лет — 20 кг, и к 40-50 годам он уже будет иметь не только лишний вес, но и массу проблем, с ним связанных.