| Referencia | Julios (J) | Calorías (cal) |
|---|---|---|
| One food calorie (kcal) | 4184 J | 1000 cal |
| An AA alkaline battery | 10000 J | 2390.06 cal |
| Daily adult food intake | 8368000 J | 2000000 cal |
| One unit on an electricity bill | 3600000 J | 860421 cal |
| A lightning strike | 1 × 109 J | 239005736 cal |
El julio es la unidad de energía, trabajo y calor del SI. Su símbolo es J. Un julio es el trabajo realizado cuando una fuerza de un newton desplaza su punto de aplicación un metro, y también la energía disipada cuando un vatio de potencia fluye durante un segundo.
Esa equivalencia es la razón de ser de la unidad. Antes del siglo XIX, el calor y el trabajo mecánico se trataban como cosas distintas medidas en unidades distintas, el calor en calorías y el trabajo en pies libra. James Prescott Joule dedicó años a demostrar que una cantidad fija de trabajo mecánico produce siempre la misma cantidad de calor, sobre todo agitando agua con una rueda de paletas movida por pesas que caían y midiendo el ascenso de temperatura. Fijar ese tipo de cambio, el equivalente mecánico del calor, unificó la mecánica y la termodinámica en una sola materia.
Por definirse a través de las unidades base, el julio lo conecta todo. Es un newton metro, un vatio segundo, un culombio voltio y un kilogramo metro cuadrado por segundo cuadrado, y cada una de esas formas aparece en el uso corriente según qué rama de la física esté hablando. La energía eléctrica, mecánica, térmica y química se cuentan todas en la misma unidad, que es lo que hace posible la contabilidad energética de un sistema entero.
La escala tiene un tamaño humano útil. Levantar una manzana un metro cuesta alrededor de un julio. Un latido del corazón consume aproximadamente un julio. Dejar caer un libro de texto desde una mesa libera unos diez. Por debajo, los julios se vuelven torpes y toman el relevo las unidades con prefijo; por encima, hacen lo mismo los kilojulios y los megajulios.
La energía de los alimentos se mide propiamente en julios, y las etiquetas de Australia, Nueva Zelanda y la Unión Europea indican kilojulios junto a las calorías o en su lugar. La caloría sobrevive en el uso general sobre todo por costumbre, y la conversión, una caloría igual a 4,184 julios, está fijada por definición y no medida.
La nutrición, la balística, la capacidad de las baterías, la salida de los láseres, la potencia de los explosivos y la energía liberada por un terremoto se expresan todas en julios o sus múltiplos, lo que permite comparar directamente magnitudes de dominios completamente distintos.
Un julio equivale a un newton metro, a un vatio segundo, a unas 0,239 calorías o a unos 0,000278 vatios hora.
La caloría es una unidad de energía igual a 4,184 julios. Su símbolo es cal. Se definió originalmente como el calor necesario para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua, y no es una unidad del SI, aunque sobrevive casi en todos los lugares donde se habla de alimentos y de calor.
La definición original resultaba incómoda porque la respuesta depende de la temperatura de partida. El agua necesita algo más de calor para pasar de 14,5 a 15,5 grados que de 19,5 a 20,5, de modo que existieron varias calorías rivales: la caloría de quince grados, la caloría media y la caloría de las tablas internacionales del vapor, entre otras. La caloría termoquímica que se usa ahora se define simplemente como 4,184 julios exactos, lo que corta por completo el vínculo con el agua y acaba con la ambigüedad.
La confusión mayor es de escala. La caloría impresa en los envases de alimentos de Estados Unidos no es esta unidad en absoluto, sino la kilocaloría, mil veces mayor, a veces distinguida con una C mayúscula. Una galleta descrita como de sesenta calorías contiene en realidad sesenta mil de la unidad aquí descrita. La convención está arraigada y es improbable que cambie, así que las cifras nutricionales y las físicas deben leerse en registros distintos.
La química conservó la caloría mucho después de que la física siguiera adelante. Las entalpías de reacción, las energías de enlace y los calores de formación se tabularon en kilocalorías por mol durante casi todo el siglo XX, y la literatura antigua y algunos manuales estadounidenses actuales lo siguen haciendo. La cifra equivalente del SI en kilojulios por mol es mayor por un factor de 4,184, y confundir cuál se emplea produce errores de apariencia verosímil.
La ciencia de la nutrición la usa porque el balance energético humano queda casualmente en una escala cómoda en kilocalorías, con una necesidad diaria de unas dos mil. En julios la misma cifra ronda los ocho millones y medio, lo cual es exacto pero más difícil de manejar mentalmente.
El aire acondicionado y la refrigeración de algunos países todavía califican la capacidad en kilocalorías por hora, y los poderes caloríficos de los combustibles aparecen en calorías por gramo en las tablas técnicas antiguas.
Una caloría equivale a 4,184 julios exactos, a 0,001 kilocalorías o a unos 0,00116 vatios hora.