Conversione da Chilocalorie a Elettronvolt

Informazioni sul Chilocaloria (kcal)

La chilocaloria è un’unità di energia pari a 1000 calorie, ossia esattamente 4184 joule. Il suo simbolo è kcal. È l’unità in cui si conta l’energia degli alimenti quasi in tutto il mondo, che l’etichetta lo dica o no.

La denominazione è un disordine che nessuno ha voluto sistemare. Negli Stati Uniti e in gran parte del mondo anglofono le etichette alimentari stampano la parola caloria quando intendono chilocaloria, talvolta con la maiuscola per segnare la differenza, distinzione che non sopravvive ad alcuna conversazione parlata e a poche scritte. La maggior parte dell’Europa evita la trappola stampando kcal in modo esplicito, di solito accanto ai chilojoule.

Le cifre di un’etichetta non si ottengono bruciando l’alimento. Vengono dal sistema di Atwater, ideato a fine Ottocento, che assegna valori energetici fissi ai macronutrienti: quattro chilocalorie per grammo di proteine e di carboidrati, nove per grammo di grassi e sette per grammo di alcol. Sono medie che ignorano quanta energia il corpo estragga davvero, cosa che varia con la cottura, la lavorazione e la persona.

Il fabbisogno umano si colloca su una scala comoda. Un adulto ha bisogno di circa 2000-2500 chilocalorie al giorno a seconda della corporatura e dell’attività, un’ora di cammino ne costa circa 250, e un chilogrammo di grasso corporeo ne immagazzina circa 7700. Da quest’ultima cifra viene il consiglio corrente di mantenere un deficit di 500 chilocalorie al giorno per perdere mezzo chilo alla settimana, benché il corpo adatti il proprio dispendio e la perdita reale sia più lenta di quanto suggerisca il calcolo.

Le scienze dello sport e la nutrizione clinica usano l’unità con precisione, nella calorimetria indiretta e nel calcolo del metabolismo basale. I mangimi, la nutrizione ospedaliera e l’industria alimentare indicano la densità energetica in chilocalorie per cento grammi.

La letteratura più antica di chimica e ingegneria usa la chilocaloria per le entalpie di reazione e i poteri calorifici, dove compete con il chilojoule e impone una lettura attenta.

Le cifre sull’esercizio in quest’unità sono abitualmente sovrastimate, e la ragione è aritmetica anziché disonestà. Una macchina che annuncia 300 chilocalorie per mezz’ora conta di norma il dispendio lordo, compreso ciò che il corpo avrebbe bruciato da seduto, sicché il di più imputabile all’esercizio è minore. I tre macronutrienti differiscono inoltre nettamente: il grasso fornisce circa 9 chilocalorie per grammo contro 4 di proteine e carboidrati, e l’alcol sta in mezzo a 7, ragione per cui un piccolo cambiamento del tenore di grasso di un alimento sposta tanto la sua cifra. Capire questi due punti dissolve quasi tutta la confusione che l’unità genera nella vita quotidiana.

Una chilocaloria equivale a 1000 calorie, a 4184 joule o a circa 1,162 wattora.

Informazioni sul Elettronvolt (eV)

L’elettronvolt è un’unità di energia pari al lavoro compiuto su un singolo elettrone che attraversa una differenza di potenziale di un volt. Il suo simbolo è eV. Dalla ridefinizione del SI del 2019 ha un valore esatto, 1,602176634 per dieci elevato a meno diciannove joule, perché la carica elementare è ora una costante definita.

Esiste perché il joule è disperatamente grande per il mondo atomico. Un singolo fotone visibile porta fra circa 1,6 e 3,3 elettronvolt, ed esprimerlo in joule richiede diciannove zeri iniziali. Lavorare in elettronvolt consente a un fisico di enunciare l’energia di un legame chimico, di una transizione atomica o di un urto subatomico come un numero fra uno e pochi, che è ciò che un’unità dovrebbe fare.

La scala organizza intere discipline. La chimica vive a pochi elettronvolt, l’energia dei legami e dei fotoni visibili e ultravioletti che li spezzano. I raggi X occupano i chiloelettronvolt. La fisica nucleare lavora in megaelettronvolt, la scala delle energie di legame e del decadimento radioattivo. La fisica delle particelle usa i gigaelettronvolt, dove la massa a riposo del protone è 0,938, e i teraelettronvolt al Grande collisore di adroni, i cui protoni portano 6,8 ciascuno.

La massa si indica nella stessa unità attraverso la relazione massa-energia. La massa a riposo di una particella si dà in elettronvolt divisi per il quadrato della velocità della luce, e i fisici sopprimono abitualmente il divisore dicendo semplicemente che l’elettrone è 511 chiloelettronvolt. Il bosone di Higgs è 125 gigaelettronvolt secondo la stessa convenzione.

L’ingegneria dei semiconduttori vi si appoggia. Il divario di banda che determina il comportamento elettrico e ottico di un materiale è un’energia in elettronvolt: circa 1,1 per il silicio, 3,4 per il nitruro di gallio, e questo solo numero decide se un dispositivo sia una cella solare, un transistore o un diodo a emissione di luce blu.

L’astronomia eredita la convenzione per i fotoni di alta energia, sicché i telescopi per raggi gamma riferiscono le osservazioni in gigaelettronvolt e teraelettronvolt anziché in lunghezze d’onda.

Gli acceleratori di particelle prendono nome dalle energie che raggiungono, ed è per questo che i loro nomi seguono i prefissi. La macchina di Cockcroft e Walton che per prima spezzò un nucleo nel 1932 lavorava a qualche centinaio di chiloelettronvolt; il Bevatrone degli anni cinquanta arrivò ai miliardi e trovò l’antiprotone; e il Grande Collisore di Adroni porta i protoni a 6,8 teraelettronvolt ciascuno. I raggi cosmici mettono tutto ciò in prospettiva arrivando con energie fino a 10 elevato a venti elettronvolt, decine di milioni di volte più di quanto ogni macchina possa produrre, benché solo una manciata di tali particelle colpisca la Terra in un secolo per chilometro quadrato.

Un elettronvolt equivale a circa 1,602 per dieci elevato a meno diciannove joule, ovvero all’incirca 3,83 per dieci elevato a meno venti calorie.