cal 转 J 卡（热化学） ↔ 焦耳 免费 在线 安全

地球科学与生物化学中从卡路里到焦耳

气象学家曾以兰利(langley)来计量阳光,地球物理学家以热流单位来计量地球的热量外流,而生物化学家至今仍以每摩尔千卡来计量分子键的能量。所有这些单位的背后都是卡路里,而每一次现代的比较都要把它换成焦耳。进行“把 cal 换算成 J”的计算时,乘以 4.184。所以 100 cal 变成 418.4 J,1,000 cal 变成 4,184 J,一摩尔 ATP 水解时释放的 7.3 kcal 变成 30.5 kJ。上面的计算器在您输入时就进行乘法,下面各节从田野上的阳光讲到细胞中的蛋白质。

下面您会看到演算示例、每个单位的简介、一份比较、科学中的许多案例以及常见的疏漏。所有计算都在您的浏览器中完成。这里使用的卡路里是恰好等于 4.184 J 的小型热化学卡。

如何把 cal 换算成 J:只需 4.184

系数

一热化学卡路里被定义为恰好 4.184 焦耳,所以“把 cal 换算成 J”的计算就意味着乘以 4.184。10 cal 得 41.84 J,500 cal 得 2,092 J,100,000 cal 得 418,400 J。同一个系数把千卡换成千焦:285 kcal 是 1,192 kJ。反方向则使用 0.23901。

演算示例

一兰利,即每平方厘米一卡,是每平方米 41,840 J。ATP 水解能 7.3 kcal/mol 是 30.5 kJ/mol。1 µcal/cm²/s 的热流是 41.84 mW/m²,而一摩尔葡萄糖的氧化,686 kcal,是 2,870 kJ。

为什么它是精确的

每卡 4.184 J 的数值是一个定义,所以其中没有任何不确定性。一些较早的论文使用 4.1855 J 的 15 °C 卡或 4.1868 J 的表卡,它们相差不到百分之 0.1。

一个快速的合理性检验

焦耳应当比卡路里大近四倍。如果结果比起始数字小,说明系数用反了。

卡路里

一个比它的时代活得更久的单位

卡路里,即把一克水升高一摄氏度所需的热量,在一个多世纪里是热量的工作单位。它的倍数,千卡和吉卡,仍保留在生物化学、营养学和某些能源统计中。

它出现在哪里

生物化学、气象学、地球物理学、营养学和较早的工程文献。

焦耳

能量的国际单位

焦耳是一牛顿的力作用一米所传递的能量。它等于一瓦秒,是所有现代能量单位的基础。期刊现在要求使用 kJ/mol 和 W/m²,而不是 kcal/mol 和兰利。

它出现在哪里

现代科学期刊、物理学、工程学和国际标准。

卡路里还是焦耳?

每卡值 4.184 J。所以 1,000 cal 是 4,184 J,100,000 cal 是 418,400 J。能量是相同的;只有数字和单位变了。

这个换算是精确的。要留意单位的家族,因为 1,000 cal 构成一千卡,即 4,184 J。

换算出现在哪里

以兰利计的阳光

较早的气候记录以兰利(每平方厘米的卡数)给出太阳辐射。500 兰利的夏日是 20.9 MJ/m²。太阳常数的旧值 1.94 cal/cm²/min 是 1,353 W/m²。“把 cal 换算成 J”的计算使这类记录与现代卫星数据吻合,是任何气候重建研究的第一步。

来自地球的热流

地球物理学家曾以 HFU(10⁻⁶ cal/cm²/s 的单位)测量热流。一个 HFU 是 41.84 mW/m²。大陆平均值 1.5 HFU 是 63 mW/m²,而洋壳约为 1.6 HFU,即 67 mW/m²。现代的工作直接引用 mW/m²。

生物化学中的能量

教科书把 ATP 水解的自由能给为 −7.3 kcal/mol,即 −30.5 kJ/mol。一个共价 C–C 键约含 83 kcal/mol,即 347 kJ/mol。一个氢键约含 5 kcal/mol,即 21 kJ/mol。较新的书全程使用 kJ/mol,所以学生必须把 cal 换算成 J,才能在新旧版本之间往返。

兰利

兰利以天文学家塞缪尔·兰利命名,是每平方厘米一卡,即 41,840 J/m²。在中纬度,地表的日辐射通常从冬季的 100 兰利到夏季的 700 兰利,即 4.2 到 29 MJ/m²。二十世纪的气象手册里满是这样的数字。

每摩尔的热能

25 °C 时的热能 kT 是 0.593 kcal/mol,即 2.48 kJ/mol。生物化学家把它记作“约 0.6 kcal/mol”。比这个值弱几倍的相互作用不断被热运动打断,而 5 到 15 kcal/mol(即 21 到 63 kJ/mol)的相互作用则使蛋白质保持折叠。

光合作用

由二氧化碳和水制造一摩尔葡萄糖储存约 686 kcal,即 2,870 kJ,相当于每固定一摩尔二氧化碳约 114 kcal,即 477 kJ。能量来自光,每摩尔红光光子约 40 kcal,即 170 kJ/mol。

活化能

一种酶可以把一个反应的活化能从 20 降到 10 kcal/mol,即从 84 降到 42 kJ/mol。在体温下,这使速率提高约 2 × 10⁷ 倍。几个 kcal 对速率的影响是指数性的,所以草率的换算会造成很大的差别。

海水的热容

海水的热容约为 0.93 cal/(g·K),即 3.9 J/(g·K)。一根 100 米深、面积一平方米的海洋水柱含约 102,500 kg 水,所以使它升温 1 °C 大约需要 410 MJ,即每平方厘米表面 9,800 cal。关于海洋热含量的气候论文现在引用泽焦。

以泽焦计的海洋热含量

近几十年来,海洋吸收了大约 300 ZJ 的额外热量,即 3 × 10²³ J。以卡计是 7 × 10²² cal。较早的论文可能把它写成 72 百万百万百万 kcal,这就是焦耳前缀如此令人松一口气的原因。

燃料与食物,新与旧

小麦籽粒含约 3.4 kcal/g,即 14.2 kJ/g,葡萄糖 3.75 kcal/g,即 15.7 kJ/g,脂肪 9 kcal/g,即 37.7 kJ/g。因为二十世纪的许多农业论文引用 kcal,“把 cal 换算成 J”的计算往往是重用它们数据的第一步。

心算捷径

要在脑子里把 cal 换算成 J,乘以 4 再加百分之 4。对于 1,000 cal:4,000 加 160 得 4,160,而精确值是 4,184。对于 250 cal:1,000 加 40 得 1,040,而精确值是 1,046。这个方法适合快速估算。

电子表格公式

在电子表格中进行“把 cal 换算成 J”的计算时,把卡路里输入 A 列,并在 B 列输入公式 =A2*4.184。逆运算是 =B2/4.184。第三列用 =B2/3600000 得到 kWh,可对较大的值快速交叉核对。

舍入与精度

在生物化学中,像 7.3 kcal/mol 这样的值只知道到两位有效数字,所以换算后的 30.5 kJ/mol 不应更多。“把 cal 换算成 J”的计算应保持来源的有效数字位数,而不要虚构更多。

要记住的标志性数值

1 cal 是 4.184 J。10 cal 是 41.84 J。100 cal 是 418.4 J。1,000 cal 是 4,184 J。1 kcal/mol 是 4.184 kJ/mol。1 兰利是 41,840 J/m²。1 HFU 是 41.84 mW/m²。这些是科学中要紧的系数。

太阳常数,旧与新

早期测量把太阳常数给为 1.94 cal/cm²/min,即 1,353 W/m²。如今卫星测得约 1,361 W/m²,即 1.95 cal/cm²/min。差别只有百分之 0.6。先进行“把 cal 换算成 J”的计算,再除以 60,就把旧单位变成瓦特。

参考阶梯

2 cal 是 8.368 J。20 cal 是 83.68 J。200 cal 是 836.8 J。2,000 cal 是 8,368 J。5,000 cal 是 20,920 J。20,000 cal 是 83,680 J。1,000,000 cal 是 4.184 MJ。这样的阶梯能加快核对。

反向检验

把焦耳结果除以 4.184,原来的卡路里应当重新出现:4,184 J 得 1,000 cal。粗略的大小检查也可行,因为焦耳约是卡路里的四倍。

与 kWh 和 BTU 的联系

一卡是 1.162 × 10⁻⁶ kWh 和 3.97 × 10⁻³ BTU。一兆卡是 1.162 kWh 和 3,968 BTU。对于大的能量,kWh 比卡路里更方便。

一个演算示例

一位水文学家发现一个池塘一天接收 420 兰利,并因蒸发损失 90 兰利。净增是 330 兰利,即 330 × 41,840 = 13.8 MJ/m²。在池塘 400 m² 的表面上,一天就是 5.5 GJ,足以使 1,320 吨水升温 1 °C。

每天的太阳能

每天接收 500 兰利的一平方米土地得到 20.9 MJ,即 5.8 kWh,这对温带纬度的好天气是个合理的数字。一块效率为百分之 15 的面板会把它变成 0.87 kWh 的电。

大气中的潜热

一克水蒸气凝结释放 540 cal,即 2,260 J。一场大雷暴凝结数百万吨蒸气,释放约 10¹⁶ J,以卡计是 2.4 × 10¹⁵。气象学家在这种规模上会选用焦耳。

动物的代谢热

静息时,一只老鼠散发约 0.1 cal/s,即 0.4 W,一个人 24 cal/s,即 100 W,一匹马 120 cal/s,即 500 W。在瓦特成为标准之前,生物学家以每天 kcal 来比较这类数字。一个人每天的 2,000 kcal 是 8.4 MJ。

旧物理实验室里的卡路里

一台旧量热计中 500 g 的水升温 3.2 °C,含有 1,600 cal,即 6.7 kJ。除以燃烧燃料的质量后,这个结果给出燃烧热。“把 cal 换算成 J”的计算把它变成焦耳,以便写进必须与现代表格吻合的报告。

第二条路径

卡路里可以直接用 4.184 变成焦耳,也可以经由千卡:先除以 1,000,再乘以 4,184。两条路径之间的不一致会暴露输错的数字。

深海喷口与热量

一个热液喷口区可以从海底释放 100 MW 的热量,即每秒 24 百万 cal。早期研究以 cal/s 和 cal/cm²/s 报告这类通量,用现代数据复现它们,每一步都需要一次“把 cal 换算成 J”的计算。

雨与蒸发

从一平方米蒸发一毫米的水,需要约 58 兰利,因为每克需要 580 cal。以焦耳计是 2.43 MJ/m²。这种潜热是驱动天气的能量:一场雷暴把许多吉卡的热量从海洋搬到天空。

积雪与冰的融化

融化一层 10 cm 深、密度为 300 kg/m³ 的雪,需要每平方米 30 kg 乘以 80 cal/g,即 2.4 百万 cal,10 MJ。一天 500 兰利(20.9 MJ/m²)的阳光,如果全部被吸收,可以融化两倍于此的量。雪反射大部分光,所以实际融化较慢。

森林与作物的能量

一公顷小麦在一个季节固定约 150 百万 kcal 的阳光,即 630 GJ,而它产出的谷物含 8 吨,按 3.4 kcal/g 计,是 27 百万 kcal,即 114 GJ。二十世纪的农学家以每公顷 kcal 来编写这样的预算,而“把 cal 换算成 J”的计算使它们与时俱进。

湖泊的能量收支

一个 2 米深的湖泊一天吸收 300 兰利,即 12.6 MJ/m²,如果热量留在水中,会升温 1.5 °C。用卡来算很简单:分摊在 200 cm 水上的 300 cal/cm² 是 1.5 cal/g,所以是 1.5 °C。用焦耳来算,同样的算式需要每克每度 4.184 J。

热流单位与地壳

大陆地壳的典型热流是 1.0 到 2.0 HFU,即 42 到 84 mW/m²。洋中脊达到 5 HFU,即 209 mW/m²,而古老的克拉通只有 0.8 HFU,即 33 mW/m²。1960 年代的地图以 HFU 给出,需要换算才能与新数据比较。

整个地球的热量

地球损失约 47 太瓦的内部热量。用旧单位是每秒 11 百万百万 cal,即每年 3.5 × 10²⁰ cal。这些数字极其巨大,地球物理学论文为此以 TW 来表示。

ATP 与细胞的收支

在标准条件下 ATP 的水解释放 7.3 kcal/mol,即 30.5 kJ/mol,在活细胞中约为 12 kcal/mol,即 50 kJ/mol。一个人每天周转大约相当于自己体重的 ATP。单位换算让学生能够比较较早和较新的教科书。

葡萄糖与呼吸

一摩尔葡萄糖的完全氧化产生 686 kcal,即 2,870 kJ。约百分之 40 被截留在 ATP 中,其余以热的形式离开。一摩尔葡萄糖是 180 g,所以每克的能量是 3.8 kcal 或 15.9 kJ,与食品标签上碳水化合物的数字一致。

键能

一个 C–H 键约为 99 kcal/mol,即 414 kJ/mol,一个 O–H 键 111 kcal/mol,即 464 kJ/mol,一个 C=C 双键 146 kcal/mol,即 611 kJ/mol。较早的表格列出 kcal/mol。除以阿伏伽德罗常数,得到每个键以焦耳计的能量,几个 10⁻¹⁹ J。

更多把 cal 换算成 J 的数值

一份更长的换算清单

如果您需要的数值不在第一份清单中,这些进一步的换算可能足够接近,可以直接读取:

• 0.1 cal = 0.4184 J
• 0.5 cal = 2.092 J
• 3 cal = 12.552 J
• 4 cal = 16.736 J
• 7 cal = 29.288 J
• 15 cal = 62.76 J
• 20 cal = 83.68 J
• 75 cal = 313.8 J
• 200 cal = 836.8 J
• 500 cal = 2,092 J
• 2,000 cal = 8,368 J
• 10,000 cal = 41,840 J

“把 cal 换算成 J”计算中的陷阱

用除法代替乘法

卡路里通过乘法变成焦耳。如果 1,000 cal 得出了 239,说明系数用反了。

小卡与千卡

小卡是 4.184 J,千卡是 4,184 J。在生物化学中“kcal/mol”是标准,所以请保留前缀。丢掉它会造成 1,000 倍的误差。

每摩尔与每克

每摩尔的能量不能与每克的能量比较,除非除以摩尔质量。先换算单位,再处理数量。

简短的问答

把 cal 换算成 J 的公式是什么?

焦耳等于卡路里乘以 4.184。

1,000 cal 是多少焦耳?

4,184 J。

100 cal 是多少焦耳?

418.4 J。

一焦耳是多少卡?

0.23901 cal。

输入内容会被上传吗?

不会,一切都在您的浏览器中计算。

相关页面与小结

您可能还需要cal 转 kWh、kWh 转 J、J 转 kWh、km 转 mi、mi 转 km、°C 转 °F、°F 转 °C、ml 转 tsp、MPG (US) 转 MPG (UK)。要了解反方向,请见J 转 cal。

小结:卡路里乘以 4.184 就变成焦耳,单位写在结果旁边。一切都留在您的浏览器中,无需账户,也无需上传。