Caloría

La caloría es una unidad de energía. Por razones históricas, se utilizan ampliamente dos definiciones principales de "caloría". La caloría grande, la caloría de los alimentos o la caloría del kilogramo se definió originalmente como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un kilogramo de agua en un grado Celsius (o un kelvin). La caloría pequeña o caloría gramo se definió como la cantidad de calor necesaria para causar el mismo aumento en un gramo de agua. Por lo tanto, 1 caloría grande equivale a 1000 calorías pequeñas.

En nutrición y ciencia de los alimentos, el término caloría y el símbolo cal casi siempre se refieren a la unidad grande. Generalmente se usa en publicaciones y etiquetas de paquetes para expresar el valor energético de los alimentos por porción o por peso, ingesta calórica dietética recomendada, tasas metabólicas, etc. Algunos autores recomiendan la ortografía Calorie y el símbolo Cal (ambos con C mayúscula) para evitar confusión; sin embargo, esta convención a menudo se ignora.

En física y química, la palabra caloría y su símbolo suelen referirse a la unidad pequeña; el grande se llama kilocaloría. Sin embargo, esta unidad no es oficialmente parte del sistema métrico (SI) y se considera obsoleta, ya que ha sido reemplazada en muchos usos por la unidad de energía SI, el joule (J).

La equivalencia precisa entre calorías y julios ha variado a lo largo de los años, pero en termoquímica y nutrición ahora se supone generalmente que una caloría (pequeña) (caloría termoquímica) es igual a exactamente 4,184 J y, por lo tanto, una kilocaloría (una caloría grande) es 4184 J, o 4,184 kJ.

Historia

El término "caloría" fue introducido por primera vez por Nicolas Clément, como unidad de energía térmica, en conferencias sobre calorimetría experimental durante los años 1819-1824. Esta fue la caloría "grande". El término (escrito con "c" minúscula) entró en los diccionarios de francés e inglés entre 1841 y 1867. Proviene del latín calor 'calor'.

Pierre Antoine Favre (químico) y Johann T. Silbermann (físico) utilizaron el mismo término para la unidad "pequeña" en 1852. Esta unidad fue utilizada por el médico estadounidense Joseph Howard Raymond, en su clásico libro de texto de 1894 A Manual of Human Physiology. Propuso llamar a la unidad "grande" "kilocaloría", pero el término no se popularizó hasta algunos años después.

En 1879, Marcellin Berthelot distinguió entre gramo-caloría y kilogramo-caloría, y propuso usar "Caloría", con "C" mayúscula, para la unidad grande. Este uso fue adoptado por Wilbur Olin Atwater, profesor de la Universidad de Wesleyan, en 1887, en un influyente artículo sobre el contenido energético de los alimentos.

La pequeña caloría (cal) fue reconocida como una unidad del sistema cm-gs (cgs) en 1896, junto con la unidad de energía cgs ya existente, el erg (sugerido por primera vez por Clausius en 1864, bajo el nombre ergon, y oficialmente adoptada en 1882).

Ya en 1928 hubo serias quejas sobre la posible confusión derivada de las dos definiciones principales de caloría y sobre si la noción de utilizar la letra mayúscula para distinguirlas era acertada.

La caloría pequeña era originalmente parte del sistema métrico (SI), pero fue desaprobada oficialmente por la novena Conferencia General de Pesos y Medidas en 1948 a favor del julio.

La caloría ortográfica alternativa es arcaica.

Definiciones

La caloría "pequeña" se define ampliamente como la cantidad de energía necesaria para aumentar la temperatura de 1 gramo de agua en 1 °C (o 1 K, que es el mismo incremento). La cantidad depende de la presión atmosférica y la temperatura inicial, y las diferentes elecciones de estos parámetros han dado como resultado varias definiciones precisas diferentes de la unidad.

Nombre	Símbolo	Conversiones	Definición y notas
Caloría termoquímica	cal th	≡4.184J≈ 0,003 964 BTU ≈ 1,162 × 10 kW⋅h ≈ 2,611 × 10 eV	La cantidad de energía es exactamente igual a 4,184 J (julios) y 1 kJ = 0,239 kcal. (un).
4 °C caloría	cal 4	≈ 4.204J≈ 0,003 985 BTU ≈ 1,168 × 10 kW⋅h ≈ 2,624 × 10 eV	La cantidad de energía necesaria para calentar un gramo de agua sin aire de 3,5 a 4,5 °C a presión atmosférica estándar. (C)
15 °C caloría	calibre 15	≈ 4,1855J≈ 0,003 9671 BTU ≈ 1,1626 × 10 kW⋅h ≈ 2,6124 × 10 eV	La cantidad de energía necesaria para calentar un gramo de agua sin aire de 14,5 a 15,5 °C a presión atmosférica estándar. (c) Los valores experimentales de esta caloría oscilaron entre 4,1852 y 4,1858 J. El CIPM en 1950 publicó un valor experimental medio de 4,1855 J, señalando una incertidumbre de 0,0005 J.
20 °C caloría	calibre 20	≈ 4.182J≈ 0,003 964 BTU ≈ 1,162 × 10 kW⋅h ≈ 2,610 × 10 eV	La cantidad de energía necesaria para calentar un gramo de agua sin aire de 19,5 a 20,5 °C a presión atmosférica estándar. (C)
caloría media	cal media	≈ 4.190J≈ 0,003 971 BTU ≈ 1,164 × 10 kW⋅h ≈ 2,615 × 10 eV	Se define como 1 ⁄ 100 de la cantidad de energía necesaria para calentar un gramo de agua sin aire de 0 a 100 °C a presión atmosférica estándar. (C)
Calorías de la tabla internacional de vapor (1929)		≈ 4,1868 J≈ 0,003 9683 BTU ≈ 1,1630 × 10 kW⋅h ≈ 2,6132 × 10 eV	Definido como 1 ⁄ 860 vatios hora "internacionales" = 180 ⁄ 43 julios "internacionales" exactamente. (b)
Calorías de la tabla internacional de vapor (1956)	llamar a TI	≡ 4,1868 J≈ 0,003 9683 BTU = 1,1630 × 10 kW⋅h ≈ 2,6132 × 10 eV	Definido como 1,163 mW⋅h = 4,1868 J exactamente. Esta definición fue adoptada por la Quinta Conferencia Internacional sobre las Propiedades del Vapor (Londres, julio de 1956).

(a) La 'caloría termoquímica' fue definida por Rossini simplemente como 4,1833 julios internacionales para evitar las dificultades asociadas con las incertidumbres sobre la capacidad calorífica del agua. Más tarde se redefinió exactamente como 4,1840 J.(b) La cifra depende del factor de conversión entre "julios internacionales" y julios "absolutos" (modernos, SI). Utilizando la media internacional de ohmios y voltios (1.000 49 Ω,1.000 34 V), el "julio internacional" es aproximadamente1.000 19 J, utilizando el ohm y volt internacional de EE. UU. (1.000 495 Ω,1.000 330 V) se trata de1.000 165 J, dando4.186 84 y4.186 74 J, respectivamente.(c) La presión atmosférica estándar puede tomarse como101,325 kPa.

Las dos definiciones más comunes en la literatura más antigua parecen ser la caloría a 15 °C y la caloría termoquímica. Hasta 1948, este último se definió como 4,1833 julios internacionales; se eligió el estándar actual de 4,184 J para que la nueva caloría termoquímica representara la misma cantidad de energía que antes.

Uso

Nutrición

En un contexto nutricional, la unidad "grande" se usa casi exclusivamente. Generalmente se escribe "caloría" con "c" minúscula y símbolo "cal", incluso en publicaciones gubernamentales, aunque la forma mayúscula "Caloría" (con símbolo "Cal") o el nombre "kilocaloría" (con símbolo "kcal") también se utilizan, y pueden ser obligatorios por ley. En su lugar, se puede utilizar la unidad SI de energía kilojulio (kJ) en contextos legales o científicos.

En los Estados Unidos, la mayoría de los nutricionistas prefieren la unidad de kilocaloría a la unidad de kilojulios, mientras que la mayoría de los fisiólogos prefieren usar kilojulios. En la mayoría de los demás países, los nutricionistas prefieren el kilojulio a la kilocaloría.

En las etiquetas de información nutricional de la Unión Europea, la energía se expresa tanto en kilojulios como en kilocalorías. En los Estados Unidos y Canadá, las etiquetas usan "Calorías", refiriéndose a la unidad grande. En China, solo se dan kilojulios.

Energía alimentaria

La unidad se usa más comúnmente para expresar la energía de los alimentos, es decir, la energía específica (energía por masa) de metabolizar diferentes tipos de alimentos. Por ejemplo, la grasa (lípidos) contiene 9 kilocalorías por gramo (kcal/g), mientras que los carbohidratos (azúcar y almidón) y las proteínas contienen aproximadamente 4 kcal/g. El alcohol en los alimentos contiene 7 kcal/g. La unidad "grande" también se utiliza para expresar la ingesta o el consumo nutricional recomendado, como "calorías por día".

Hacer dieta es la práctica de ingerir alimentos de forma regulada para disminuir, mantener o aumentar el peso corporal, o para prevenir y tratar enfermedades como la diabetes y la obesidad. Dado que la pérdida de peso depende de la reducción de la ingesta calórica, se ha demostrado que diferentes tipos de dietas bajas en calorías son generalmente efectivas.

Quimica y fisica

En otros contextos científicos, el término "caloría" y el símbolo "cal" casi siempre se refieren a la unidad pequeña; la unidad "grande" generalmente se denomina "kilocaloría" con el símbolo "kcal". Se utiliza principalmente para expresar la cantidad de energía liberada en una reacción química o cambio de fase, generalmente por mol de sustancia, como en kilocalorías por mol. También se usa ocasionalmente para especificar otras cantidades de energía que se relacionan con la energía de reacción, como la entalpía de formación y el tamaño de las barreras de activación. Sin embargo, está siendo reemplazado cada vez más por la unidad SI, el joule (J); y múltiplos métricos de los mismos, como el kilojulio (kJ).

El uso persistente en química se debe en gran parte al hecho de que la energía liberada por una reacción en solución acuosa, expresada en kilocalorías por mol de reactivo, es numéricamente cercana a la concentración del reactivo, en moles por litro, multiplicada por el cambio en la temperatura de la solución, en kelvin o grados centígrados. Sin embargo, esta estimación supone que la capacidad calorífica volumétrica de la solución es de 1 kcal/L/K, que no es exacta ni siquiera para el agua pura.