Caloria

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In termodinamica, la caloria (o piccola caloria, simbolo cal) è un'unità di misura dell'energia. Viene comunemente definita come l'energia necessaria per innalzare di 1 °C (da 14,5 a 15,5) la temperatura di 1 g di acqua distillata alla pressione di 1 atm.[1] Esistono varie definizioni, ciascuna usata in determinati ambiti scientifici o ingegneristici, che cambiano a seconda della temperatura dell'acqua.

Nel linguaggio comune, con la parola "calorie" si intendono in genere le kilocalorie: dicendo che in un etto di pane ci sono 250 calorie si vuole per esempio dire 250 kilocalorie (ovvero 250.000 calorie propriamente dette).

In biologia e in nutrizione la kilocaloria (simbolo kcal), o grande caloria (simbolo Cal)[2], è l'energia necessaria per innalzare di 1 °C la temperatura di un kg di acqua distillata a pressione di 1 atm, e corrisponde quindi a 1000 piccole calorie. È usata per indicare l'apporto energetico medio di una certa quantità specificata di alimento (ad esempio un grammo, 100 grammi o una porzione).

Sebbene il valore energetico di un alimento e il consumo di energia nell'attività fisica vengano ancora indicati in Cal (o kcal), il Sistema internazionale di unità di misura adotta il joule (J)[1] e il suo multiplo kilojoule (kJ, pari a 1000 J).

Storia[modifica | modifica wikitesto]

La prima definizione mai pubblicata di Caloria (la grande caloria o chilocaloria) è attribuita a Nicolas Clément che nel 1825 la definiva come la quantità di calore necessaria ad innalzare di un grado centigrado la temperatura di un chilogrammo d'acqua da 0 °C a 1 °C, si tratta della prima definizione tecnica adottata[3].

James Prescott Joule calcolò nel 1850, in base a un esperimento chiamato "mulinello di Joule", l'equivalente meccanico del calore necessario a innalzare di 1 °F (1 °C = 1,8 °F) la temperatura di una libbra (circa 454 g) d'acqua a 55÷60 °F (in media circa 15 °C) ottenendo un valore di 772,692 equivalenti a 4,16 J/cal con un errore dello 0,6% circa sul valore moderno[4][5]. Attorno all'albero erano avvolti due fili passanti ciascuno per una carrucola e a ciascuna estremità vi era una massa. Le masse, scendendo per forza di gravità, facevano ruotare mediante il filo delle palette, che muovendo l'acqua la riscaldavano.

Varianti[modifica | modifica wikitesto]

Il lavoro necessario per aumentare la temperatura di 1 g di acqua di 1 °C dipende dalla temperatura iniziale della stessa ed è difficile da misurare. Pertanto esistono diverse definizioni di caloria[6][7]:

  • Caloria termochimica: 1 calth = 4,184 J. La commissione sulla nomenclatura dell'Unione internazionale di scienze della nutrizione raccomanda l'utilizzo di questo fattore per convertire le misure del valore energetico del cibo espresse in grandi calorie (Cal) o chilocalorie (kcal) in kilojoule, 1 Cal = 1 kcal = 4,184 kJ.[8] Corrisponde all'incirca al calore da fornire a 1 g d'acqua per farla passare da 16,5 °C a 17,5 °C.[9][10] In origine fu definita come 1/100 del calore necessario a portare 1 g d'acqua da 0 a 100 °C.[11]
  • Caloria a 15 °C: 1 cal15 = 4,1855 J = 3,968×10-3 Btu. È la caloria così come definita originariamente quale energia in grado di innalzare la temperatura di 1 g d'acqua a pressione atmosferica da 14,5 °C a 15,5 °C. Tale valore sperimentale fu pubblicato dal CIPM nel 1950 sulla base della misura del calore specifico dell'acqua a 15 °C, che in base a tale definizione misura 1 [12].
  • Caloria internazionale: 1 calIT = 1,163 mW·h = 4,1868 J. È stata definita nell'International Steam Table del 1929 prima come 1/860 W·h e in seguito ridefinita nella Fifth International Conference on the Properties of Steam del 1956 come 4,1868 J esatti. Il valore del 1956 fu suggerito da E. J. Le Fevre in quanto facilitava nell'era pre-computer la conversione tra i valori di calore specifico espressi in e quelli espressi in infatti 1 = 1 [13].

Nutrizione[modifica | modifica wikitesto]

La determinazione dell'apporto calorico fu fatta inizialmente per lo zucchero più semplice, cioè il glucosio, l'alimento di più facile assimilazione. Tenendo conto che 1 g di carboidrati sviluppa 3,8 kcal, 1 g di proteine 4 kcal e 1 g di lipidi 9,3 kcal, di ogni alimento si può determinare l'apporto energetico medio sulla base dei componenti detti. Sulla confezione di quasi tutti gli alimenti è indicato l'apporto calorico medio, tipicamente espresso in Cal/100 g.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ a b (EN) Thermopedia, "Calorie"
  2. ^ Enciclopedia italiana, CALORIA, Treccani. URL consultato il 19 giugno 2015.
    «Nella pratica si usa la grande caloria o caloria-chilogrammo (Cal) ...».
  3. ^ James L Hargrove, Does the history of food energy units suggest a solution to "Calorie confusion"?, in Nutrition Journal, vol. 6, nº 44, 2007, DOI:10.1186/1475-2891-6-44. URL consultato il 31 agosto 2013.
  4. ^ On the Mechanical Equivalent of Heat, in Philosophical Transactions of the Royal Society of London, vol. 140, 1850, pp. 61–82, DOI:10.1098/rstl.1850.0004..
  5. ^ Il valore attuale basato su misurazioni dell'acqua a 15 °C è 4,186 J/cal.
  6. ^ International Standard ISO 31-4: Quantities and units – Part 4: Heat. Annex B (informative): Other units given for information, especially regarding the conversion factor. International Organization for Standardization, 1992.
  7. ^ Silvio Gori, Manuale IUPAC. Tavole di conversione per le unità di misura, su Grandezze fisiche, Unità di misura e Simboli in Chimica Fisica, Università di Torino.
  8. ^ The Editors of Encyclopædia Britannica, Calorie, Unit of measurement, Encyclopædia Britannica, Inc., 2016.
  9. ^ FAO, THE ADOPTION OF JOULES AS UNITS OF ENERGY, su fao.org. URL consultato il 18 Ago 2017.
  10. ^ Nutritional Energetics of Domestic Animals & Glossary of Energy Terms, Washington D.C., National Academy Press, 1981, p. 3.
  11. ^ J. Daintith, The Facts on File Dictionary of Physics, 4ª ed., Facts On File, Inc, 2009, p. 32, ISBN 9781438109497.
  12. ^ (FR) CIPM, Procès-Verbaux des Séances du Comité International des Poids et Mesures, vol. 22, 1950, pp. 79-80.
  13. ^ Ernst Schmidt, International system of units. MKSA system in applied thermodynamics. in Systems of Units. National and International Aspects., Publication No. 57 of the AAAS., Washington, D. C., Carl F. Kayan, 1959, p. 280.

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