メガジュールからカロリーへの換算

メガジュール（MJ）について

メガジュールは、100 万 ジュール にあたるエネルギーの単位です。記号は MJ です。エネルギーが実験室のなかの量であることをやめ、目に見える物理的な帰結をもつものに変わる、その尺度にあたります。

いちばん分かりやすい手がかりは走っている車です。1500 キログラム の乗用車が時速 100 キロメートル で走ると、およそ 0.58 メガジュール の運動エネルギーをもちます。衝突すれば、そのすべてがどこかへ行かなければなりません。衝撃を吸収する構造はまさにこの数値をめぐって設計されており、車両の安全基準に書き込まれているのが速度ではなく衝突エネルギーであるのはそのためです。

爆薬もここで格付けされます。ダイナマイト 1 本はおよそ 1 メガジュール、TNT 1 キログラム はおよそ 4.2 メガジュール を解き放ちます。TNT 換算は測定値ではなく定義された値なので、メガジュール は化学爆薬とそれ以外のエネルギー解放とのあいだに橋を架け、隕石の衝突や産業事故を、解体用の装薬と同じ尺度で語れるようにします。

人が 1 日に取り入れるエネルギーはおよそ 10 メガジュール で、これは 2400 キロカロリー を反対側から見た同じ数値です。肉体労働も同じ程度です。安静時の代謝を上回る手仕事の 1 日は数 メガジュール、自転車の長い 1 区間ならおそらく 15 メガジュール ほどを費やします。

燃料の質量あたりのエネルギー密度も、この尺度にあります。ガソリン は 1 キログラム あたりおよそ 46 メガジュール、木材はおよそ 16、現代の リチウム 電池はおよそ 0.9 です。この最後の比較、すなわち 50 倍という差こそが、電気自動車が実現しているのに電気飛行機がなお難しい理由を、たったひとつの数値で説明します。

産業と軍事の装置は、蓄えたエネルギーと放出したエネルギーにこの単位を使います。レールガン や電磁投射装置の性能は砲口での メガジュール で示され、はずみ車による蓄電も メガジュール、核融合実験で大型の コンデンサー 群が放出するエネルギーも同様です。

蓄える 技術 を この単位で比べる こと は ためになります。隔たり が とても 大きい からです。ガソリン 1 キログラム は およそ 46 メガジュール、乾いた 木 1 キログラム は およそ 16、リチウム イオン の 電池 1 キログラム は わずか およそ 0.9 で、燃料 の 五十 分 の 一 ほど しか ありません。この 一つ の 比 が、電気 による 飛行 の 技術 上 の 難しさ の 大半 と、電気 自動車 の 重さ の 多く を説きます。逆 に、ウラン 235 を 1 キログラム 完全 に 分裂 させれば およそ 八千万 メガジュール が出て、物質 1 キログラム を まるごと エネルギー に変えれば 九百億 になります。この単位は、接頭 語 を 数 回 変えるだけ で その 全 域 を覆います。

1 メガジュール は、100 万 ジュール、およそ 0.278 キロワット時、およそ 239 キロカロリー に等しくなります。

カロリー（cal）について

カロリーは、4.184 ジュール にあたるエネルギーの単位です。記号は cal です。もともとは水 1 グラム の温度を 1 セルシウス度 上げるのに必要な熱として定められました。SI の単位ではありませんが、食べ物と熱が語られる場面ではほとんどどこでも生き残っています。

当初の定義は扱いにくいものでした。答えが出発点の温度によって変わるからです。水を 14.5 度から 15.5 度へ温めるには、19.5 度から 20.5 度へ温めるよりわずかに多くの熱が要ります。そのため、15 度 カロリー、平均 カロリー、国際蒸気表 カロリー など、いくつもの競合する カロリー が存在しました。現在用いられる熱化学 カロリー は、ちょうど 4.184 ジュール と単純に定義されており、水とのつながりを完全に断ち切って、この曖昧さに決着をつけました。

より大きな混乱は尺度のほうにあります。アメリカの食品包装に印刷されている カロリー は、この単位ではまったくなく、1000 倍大きい キロカロリー です。大文字の C で書き分けられることもあります。60 カロリー と表示された ビスケット は、実際にはここで説明している単位の 6 万個分を含んでいます。この慣行は根を張っており、変わる見込みは薄いので、栄養の数値と物理の数値は別の読み方をしなければなりません。

化学は、物理が先へ進んだあとも長く カロリー を保ちました。反応エンタルピー、結合エネルギー、生成熱は、20 世紀の大半にわたって 1 モル あたりの キロカロリー で表にまとめられ、古い文献や現在のアメリカの教科書の一部では今もそうです。SI で対応する 1 モル あたりの キロジュール の数値は 4.184 倍大きく、どちらのつもりかを読み違えると、もっともらしく見える誤りが生まれます。

栄養学がこれを使うのは、人のエネルギー収支がたまたま キロカロリー で扱いやすい尺度に収まるからで、1 日の必要量はおよそ 2000 です。ジュール で表せば同じ数値は 850 万ほどになり、正確ではあるものの、頭のなかで扱うのは難しくなります。

一部の国では、空調と冷凍の能力をいまも 1 時間あたりの キロカロリー で格付けしており、燃料の発熱量は古い工学の表では 1 グラム あたりの カロリー で示されます。

1 カロリー は、ちょうど 4.184 ジュール、0.001 キロカロリー、およそ 0.00116 ワット時 に等しくなります。