互动科普

不管做什么都需要能量。例如，把水烧开需要利用炉子提供热能，把车开走需要利用汽油中贮藏的能量，我们的身体也需要从食物中得到能量来维持活动能力。

在能量的单位里，我们最熟悉的是表示食品能量的“卡路里”（cal，简称“卡”），它是以我们身边最常见的“水”的性质为基准定义的，首次定义于1824年。在一个标准大气压（l atm）下，1克水每上升1℃，所需要的能量就是1卡。

表示食物能量的“卡路里”

食物里所包含的能量，可以用食物燃烧时产生的热能（热量）进行测定。但是，人不可能完全吸收食品内包含的所有能量，因此在现实中，表示食品能量的数值，要根据人体能够实际吸收的数量加以修正。例如：1克蛋白质约包含4kcal（千卡）的能量。

但是，卡路里这个单位也存在问题。因为温度不同的水上升1℃所需要的能量并不相同，所以，同样的1卡不能使任意温度的水都上升1℃。因此，1948年第九次国际计量大会决定，使用“焦耳”（J，简称“焦”）来作为热量的单位，换算关系是1卡等于4.184焦耳。

能量的单位“焦耳”

“焦耳”不光用于计量热量，还可以作为所有能量的单位使用。

例如：我们推动物体时耗费的能量该怎么表示呢？推动行李时，要费很大力气，如果想把东西推得更远，就要多耗费能量。也就是说，能量（J）可以由“力乘以距离”来表现。力的单位是牛顿（N），距离的单位是米（m），1J就是用1N的力使物体移动1m所需要的能量。

原本所谓的“能量”，就是指施力后使物体运动（物理学上称为“做功”）的能力。例如运动着的物体具有动能，它还可在与其他物体碰撞后使那个物体运动起来。

卡路里、焦耳、瓦特的关系是什么？

让我们试着以身边的事物为例，来看看文中出场的各个单位之间的关系吧。我们每天约从食物中摄取2000kcal的能量。因1cal可换算为4.184J，所以2000kcal相当于8368kJ。这与每秒消耗100J的功率为100W的电灯泡点亮约23小时15分钟所需的能量相当。也就是说，人每天摄取的能量与100W灯泡点亮1天消耗的能量，基本相同。

能量可以被保存

不同形式的能量之间可以转换。当能量的形式发生转化时，能量的总量不变，这就是“能量守恒定律”。

例如，在地板上移动物体时，物体的动能会转化为物体与地板之间摩擦时产生的热量和噪声。火力发电，就是用燃烧燃料产生的热量使机械（涡轮）运动，从而转化成电能。就像这样，能量的形态虽然发生了变化，但能量丝毫没有消失。

（本文发表于《科学世界》2013年第11期）