電子ボルトからキロカロリーへの換算

電子ボルト（eV）について

電子ボルトは、1 ボルト の電位差を通り抜ける電子 1 個になされる仕事にあたるエネルギーの単位です。記号は eV です。2019 年の SI の再定義以降、その値は厳密に 1.602176634 かける 10 の マイナス 19 乗 ジュール と定まりました。電気素量そのものが、いまや定義された定数だからです。

この単位が存在するのは、原子の世界にとって ジュール が絶望的に大きすぎるからです。可視光の光子 1 個が担うのはおよそ 1.6 から 3.3 電子ボルト であり、これを ジュール で書けば頭に 19 個の零が並びます。電子ボルト で扱えば、化学結合のエネルギーも、原子の遷移も、素粒子の衝突も、1 から数までの数値で言い表せます。単位に求められているのは、まさにこれです。

この尺度は、いくつもの分野をまるごと整理します。化学は数 電子ボルト に住み、それは結合のエネルギーであり、結合を断つ可視光や紫外線の光子のエネルギーです。エックス線は キロ電子ボルト を占めます。原子核物理は メガ電子ボルト で働き、それは結合エネルギーと放射性崩壊の尺度です。素粒子物理は ギガ電子ボルト を用い、そこでは陽子の静止質量が 0.938 です。大型ハドロン衝突型加速器では テラ電子ボルト を使い、その陽子は 1 個あたり 6.8 を担います。

質量も、質量とエネルギーの関係を通じて同じ単位で示されます。粒子の静止質量は、電子ボルト を光速の 2 乗で割った形で与えられますが、物理学者はふつうその除数を省き、電子は 511 キロ電子ボルト だと言ってしまいます。同じ約束のもとで、ヒッグス粒子は 125 ギガ電子ボルト です。

半導体の工学はこの単位に依存しています。ある物質の電気的、光学的なふるまいを決める バンドギャップ は、電子ボルト で表したエネルギーです。ケイ素はおよそ 1.1、窒化ガリウムは 3.4 であり、このひとつの数値が、その素子が太陽電池になるのか、トランジスタになるのか、青色発光ダイオードになるのかを決めます。

天文学は、高いエネルギーの光子についてこの約束を受け継いでいます。そのためガンマ線望遠鏡は、観測結果を波長ではなく ギガ電子ボルト や テラ電子ボルト で報告します。

粒子 の 加速 器 は、達する エネルギー に ちなんで 名づけられ、その 名 は 接頭 語 を たどります。1932 年 に はじめて 原子 核 を 割った コッククロフト と ウォルトン の 装置 は 数百 キロ 電子 ボルト で働きました。1950 年代 の ベバトロン は 十億 の 桁 に達し、反 陽子 を見つけました。そして 大型 ハドロン 衝突 型 の 加速 器 は 陽子 を それぞれ 6.8 テラ 電子 ボルト まで もっていきます。宇宙 線 は これ すべて を 相対 化 します。10 の 二十 乗 電子 ボルト まで の エネルギー で到来し、どの 装置 が作れる 量 の 数千万 倍 だからです。もっとも、その ような 粒子 は 一 平方キロメートル あたり 一 世紀 に ほんの わずか しか 地球 に届きません。

1 電子ボルト は、およそ 1.602 かける 10 の マイナス 19 乗 ジュール、およそ 3.83 かける 10 の マイナス 20 乗 カロリー に等しくなります。

キロカロリー（kcal）について

キロカロリーは、1000 カロリー、すなわちちょうど 4184 ジュール にあたるエネルギーの単位です。記号は kcal です。表示にそう書かれているかどうかにかかわらず、世界のほとんどどこでも、食品のエネルギーはこの単位で数えられています。

呼び名の混乱は、誰も直そうとしなかったものです。アメリカと英語圏の多くでは、食品の表示は キロカロリー のつもりで カロリー という語を印刷し、違いを示すために大文字で書き分けることもあります。しかしこの区別は、話し言葉ではまったく生き残らず、書き言葉でもほとんど残りません。ヨーロッパの大半は、たいてい キロジュール と並べて kcal と明記することで、この罠を避けています。

表示の数値は、食品を燃やして得たものではありません。19 世紀末に考案された アトウォーター 係数に基づくもので、三大栄養素に一定のエネルギー値を割り当てます。たんぱく質と炭水化物は 1 グラム あたり 4 キロカロリー、脂質は 9、アルコールは 7 です。これらは平均値であり、体が実際に取り出すエネルギーの量は無視しています。その量は、加熱や加工の仕方、そして人によって変わります。

人の必要量は扱いやすい尺度に収まります。成人は体格と活動量に応じて 1 日およそ 2000 から 2500 キロカロリー を必要とし、1 時間の歩行はおよそ 250 を消費し、体脂肪 1 キログラム にはおよそ 7700 が蓄えられています。1 週間に 0.5 キログラム 減らすために 1 日 500 キロカロリー の不足をつくるという、よく聞く助言はこの最後の数値から来ています。もっとも体は消費のほうを調整するので、実際の減り方は計算が示すより緩やかです。

スポーツ科学と臨床栄養は、間接熱量測定や基礎代謝量の計算で、この単位を正確に用います。飼料、病院の栄養管理、食品製造は、いずれもエネルギー密度を 100 グラム あたりの キロカロリー で示します。

古い化学と工学の文献は、反応エンタルピーや燃料の発熱量に キロカロリー を用いており、そこでは キロジュール と競合するため、注意深く読む必要があります。

運動 について この単位で示される 数値 は しばしば 過大 です。その 理由 は 不正直 さ ではなく 算術 にあります。三十 分 で 300 キロカロリー と報せる 機械 は、ふつう 総 消費 を数えており、座って いた ときでも 体 が燃やした ぶん を含みます。ですから 運動 に帰せられる 上乗せ は もっと 小さい のです。三 つ の 主要 な 栄養 素 も 大きく 異なります。脂質 は 1 グラム あたり およそ 9 キロカロリー、たんぱく 質 と 炭水 化物 は 4、酒 の 成分 は その あいだ の 7 です。食品 の 脂質 の わずかな 違い が 数値 を 大きく 動かす のはそのためです。この 二 点 を分かれば、日々 この単位が生む 混乱 の 大半 が解けます。

1 キロカロリー は、1000 カロリー、4184 ジュール、およそ 1.162 ワット時 に等しくなります。