カロリー

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カロリー
calorie
記号 cal
CGS単位系
熱量
SI (正確に)4.184 J計量法による。)(本文を参照)
由来 1gの温度を1上げる熱量
語源 ラテン語 calor
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カロリー: calorie、記号:cal)は、熱量単位である。「カロリー」という言葉は、ラテン語で「熱」を意味する calor に由来する。

かつては広く用いられていたが、1948年国際度量衡総会(CGPM)で、カロリーはできるだけ使用せず、もし使用する場合にはジュール(J)の値を併記することと決議された。よって国際単位系(SI)においては、カロリーは併用単位にもなっていない。

カロリーは、日本の計量法では1999年10月以降、法令上の正確な表現では、「人若しくは動物が摂取する物の熱量又は人若しくは動物が代謝により消費する熱量の計量」のみに使用できる。計量単位令による定義は、1カロリー = 4.184 J(正確に)である[1]。後述の熱力学カロリーを採用したものである。

計量法による定義[編集]

日本の計量法によるカロリーは、「人若しくは動物が摂取する物の熱量又は人若しくは動物が代謝により消費する熱量の計量」に限定して使用できる(計量単位令第5条、別表第6の項番13)[4]。計量法によるカロリーの定義は 1 cal = (正確に)4.184 J である。なお、計量単位令は、キロカロリー(kcal),メガカロリー(Mcal),ギガカロリー(Gcal)の使用を認めている。

様々な定義[編集]

計量法の定義以外に、カロリーの定義には各種あり、値は次のとおり。

国際標準化機構 (ISO) の ISO 31-4 appendix B と ISO 80000-5 は、太字で示した国際蒸気表カロリー、熱力学カロリー、15度カロリーの3つを(非推奨の単位としてではあるが)挙げている。15度カロリーは実験的に値が決定される単位であり、ISOでは値を定めていない。

名称 記号 J/cal cal/J 備考
0度カロリー cal0 ~4.21900 ~0.2370
4度カロリー cal4 ~4.20450 ~0.237 84
平均カロリー calmean ~4.190 02 ~0.238 662 NISTによる
旧国際蒸気表カロリー ~4.186 84 ~0.238 844 廃止
国際蒸気表カロリー calIT 4.18680 ~0.238 846 定義値
旧計量法カロリー 4.186 05 ~0.238 889 定義値、廃止
15度カロリー cal15 ~4.185 80 ~0.238 903 [2]
15度カロリー cal15 ~4.18550 ~0.238 92 CIMP1950による
熱力学カロリー calth 4.18400 ~0.239 006 定義値
IUNSカロリー 4.18200 ~0.239 120 定義値
20度カロリー cal20 ~4.181 90 ~0.239 126 [2]

水の比熱に基づくカロリー[編集]

カロリーの元々の定義は、「1グラム温度標準大気圧下で1上げるのに必要な熱量」である。ただし水の比熱はその温度によって異なり、0℃で 4.218 J/g、34.5℃で 4.178 J/g の最小値、100℃で 4.216 J/g となる。そのため、何度の水で定義するかにより各種の「カロリー」が生まれることになる。

例えば水 1 g の温度を15℃前後で1℃上げる(14.5℃から15.5℃に上げる)のに必要な熱量は15度カロリー15° calorie、記号:cal15)という。標準カロリー (standard calorie) ともいう。その値はアメリカ国立標準技術研究所 (NIST) によれば 4.18580 J、国際度量衡委員会 (CIPM) 1950 によれば、4.1855(5) J である(括弧内は最終桁の誤差)。

一般に、水 1 g の温度をt−0.5℃からt+0.5℃に上げるのに必要な熱量をt度カロリーt° calorie、記号:calt)という。ただし例外的に、0度カロリーは、0℃から1℃までで定義される。そのほか、20度カロリー、17度カロリー、4度カロリー(事実上3.98度カロリーと同じ。水の密度が最大になる温度)などが使われる。

0℃から100℃まで上げるに必要な熱量の1/100は平均カロリーmean calorie、記号 calmean)と呼ばれる。

しかしこれらは全て、実験的に求まる値であり常に誤差を伴う。この問題を避けるため、ジュールで定義したカロリーが考え出された。

国際蒸気表カロリー[編集]

国際的には国際蒸気表カロリー(記号:calIT[3])(単に「ITカロリー」と呼ぶ場合が多い)がよく使われる。これは1956年の国際蒸気性質会議(IAPS,現 国際水・蒸気性質会議 (IAPWS))で正確に 1 calIT = 4.1868 J と定義された。

1926年から1956年までは、1 calIT = 1/860 int. Wh = 180/43 int. J ≒ 4.186 047 int. J という定義が使われていた[4]。「Int.(international、国際)」とはかつて使われていた国際電気単位国際単位系とは無関係)を示す記号で、国際ジュールは int. J = (int. V)2 / (int. Ω) と定義され、J = N·m と定義される絶対ジュール(実用ジュール)とはわずかに異なっていた。その値は国などによって微妙に異なったが、1949年の第9回国際度量衡総会 (CGPM) で決定された平均国際電気単位では int. J = (1.000 34 V)2 / (1.000 49 Ω) ≒ 1.000 19 J なので calIT ≒ 4.186 842 J となる。

熱力学カロリー[編集]

現在の日本1999年10月1日からの新計量法下)では、熱力学カロリー(記号:calth[5])を使う。熱化学カロリー[6]定義カロリー[7]ともいう。1 calth = 4.184 J と定義されており、ほぼ 17度カロリー cal17 に等しい。

1929年、F.R.ビチョウスキー[8]とF.D.ロッシーニ[9]が18度カロリー cal18 と同じになるように定義した calth = 4.1833 int. J が元になっている。当時は 4.1850 J に等しいとされたが、1949年の平均国際電気単位では 約4.184 095 J となる。

(旧)計量法カロリー[編集]

日本の旧計量法1951年1992年)では、カロリーの定義として、温度 t を指定した t 度カロリーか、温度を指定しないならば 1 cal = 4.186 05 J という値が定義されていた。この後者を旧計量法カロリーという(計量法改正前は単に計量法カロリーといった)。なお、組立単位では t 度カロリーは不可で、旧計量法カロリーのみが使えた。

旧計量法カロリーは国際蒸気カロリーに近いが少し小さい。これは、旧国際蒸気カロリーの国際電気単位による定義を、換算なしでそのまま絶対単位による定義 1 cal = 1/860 Wh = 180/43 J ≒ 4.186 047 J としたためである。またさらにその数値を丸め小数表現にしてある。

1992年には新計量法が施行され旧計量法は廃止されたが、新法の規定により猶予期間として1999年までは、t 度カロリー、旧計量法カロリー、熱力学カロリーの3つのカロリーが使えた(組立単位は旧計量法カロリーのみ)。1999年10月1日からは熱力学カロリーに一本化され、またカロリーが使用できる計量は「人若しくは動物が摂取する物の熱量又は人若しくは動物が代謝により消費する熱量の計量」に制限された(計量単位令附則第1号)。

IUNSカロリー[編集]

国際栄養科学連合英語版が定めたカロリーで、正確に 1 cal = 4.182 J である。[4]

歴史[編集]

1824年ニコラス・クレメントが、「水 1 kg の温度を1℃上げるのに必要な熱量」をカロリーと名づけた。これは 1 kg に基づいているので、MKS単位系の単位である。これは現在のカロリー(CGS単位系)の定義では 1000 cal = 1 kcal にあたる。

1888年英国学術協会英語版が、「水 1 g の温度を1℃上げるのに必要な熱量」をサーム[10](現在のサーム = 105 BTU とは別)と名づけ、1896年、カロリーと改称した。

派生単位[編集]

カロリーにはSI接頭辞を付けることができる(もちろんSIではカロリーもその倍量・分量単位も認められない)。栄養学ではキロカロリー (kcal = 1000 cal) がよく使われる。大きな熱量を示すときには、メガカロリー (Mcal = 106 cal) やギガカロリー (Gcal = 109 cal) も希に使われる。一方、ミリカロリー (mcal = 0.001 cal) などの分量単位はほとんど使われない。

106カロリー(15度カロリー)をテルミまたはサーミー[11](記号:th)という。1 th = 1000 000 cal15 ≒ 4.1855 MJ である。元来は、1 t の水について定義された、MTS単位系の単位である。

109カロリー(熱力学カロリー[2])を1TNTトンといい、核兵器などのエネルギーに使われる。1 tTNT = 109 calth = 4.184 GJ である。

大カロリー[編集]

カロリーという単位名称は元来、MKS単位系のキログラムに基づく単位(現在の kcal = 1000 cal に等しい)の名称であった。これと、CGS単位系のグラムに基づく単位は次のように言い分けられる。(なお、MTS単位系のトンに基づく単位の名称はテルミである)

MKS単位系での名称
(英語)
CGS単位系での名称
(英語)
記号
小カロリー
small calorie
グラムカロリー
gram calorie
cal
大カロリー
large calorie
キログラムカロリー
kilogram calorie
Cal
kcal
C

大カロリーは現在では栄養学でのみ残っている。しかし紛らわしいため、キロカロリー (kcal) へ移行しつつある。

栄養学における「カロリー」[編集]

栄養学においては、カロリーは生理的熱量(栄養学における熱量、エネルギー)を表す単位として用いられる。日本の計量法(1999年10月1日から)では、カロリー、キロカロリー (kcal)、メガカロリー (Mcal)、ギガカロリー (Gcal) の使用が、「人若しくは動物が接取する物の熱量又は人若しくは動物が代謝により消費する熱量の計量」(すなわち栄養学や生物学に関する事項)に限定して認められている。

摂取する食物から得られる栄養学的熱量と、運動基礎代謝によって消費される熱量について適用され、生物が生理的に代謝したエネルギー1カロリーは空気中での酸化反応(燃焼)によって発生した熱量1カロリーと等しいと定義される。

栄養学ではカロリー(本来は平均カロリー、日本の計量法では熱力学カロリー)の1000倍のキロカロリー (kcal) がよく使われる。かつてはキロカロリーのかわりに大カロリー (Cal、1文字目が大文字)を使い、単にカロリーと言っていた。ただし、"Cal"と"cal"はまぎらわしいので、今日では kcal(キロカロリー)と表記するのが一般的である。ただし、カロリーという呼び方は今でもしばしばなされる。なお一日のエネルギー必要量(消費量)は、身体活動レベルに応じて基礎代謝量の1.5〜2倍程度となる。詳細は栄養#栄養学の観点からを参照のこと。

この用途でのカロリーは、日本を含む多くの国で生理的熱量を表す標準単位として広く用いられ、計量法改正でも「用途を限定する非SI単位」と定義され、SI単位への移行からは除外されているが、今後は政策的にSI単位であるジュール(1 cal = (正確に)4.184 J)に置き換えられていく予定となっている。日本食品標準成分表においても、kcalによる数値と、1 kcal = 4.184 kJの換算によるkJによる数値が併記されている[12][13]。海外(アメリカを除く)の食品では、そのラベルにジュール表記を併記したものもある。

この用法から転じて、「カロリー」は食品の持つ栄養価としての生理的熱量そのものを指す言葉ともなっている。例「こんにゃくはカロリーが低い」「ファストフードはカロリーが高いから太りやすい」など。

出典[編集]

  1. ^ [1] 計量単位令 別表第6 項番13
  2. ^ a b c NIST Guide for SI: Factors for Units Listed Alphabetically
  3. ^ : international steam table calorie
  4. ^ a b 世界食料機関 (FAO)「The Adoption of Joules as Units of Energy
  5. ^ : thermodynamic calorie
  6. ^ : thermochemical calorie
  7. ^ : defined calorie
  8. ^ : Bochowsky
  9. ^ : Rossini
  10. ^ : therm
  11. ^ : thermie
  12. ^ [2] 五訂増補日本食品標準成分表
  13. ^ [3] 五訂増補日本食品標準成分表、2)収載成分項目等、(3)エネルギー、{7}1 kcal = 4.184 kJ (FAO/WHO合同特別専門委員会報告による)

外部リンク[編集]

エネルギーの単位
ジュール キロワット時 電子ボルト 重量キログラムメートル カロリー
1 J = 1 kg·m²/s² ≈0.278×10−6 ≈6.241×1018 ≈0.102 ≈0.239
1 kWh = 3.6×106 = 1 ≈22.5×1024 ≈0.367×106 ≈0.860×106
1 eV ≈0.1602×10−18 ≈44.5×10−27 = 1 ≈16.3×10−21 ≈38.3×10−21
1 kgf·m = 9.80665 ≈2.72×10−6 ≈0.613×1018 = 1 ≈2.34
1 calIT = 4.1868 ≈1.163×10−6 ≈0.261×1020 ≈0.427 = 1