هذا الهالوين متى أنت تمسك بقطعة حلوى، وانتبه للغلاف. في الولايات المتحدة، أصبح ملصق “الحقائق الغذائية” مطلوبًا على جميع الأطعمة المعبأة منذ عام 1994، مع توضيح حجم الحصة وكمية السكر والبروتين والدهون والصوديوم التي يحتوي عليها الطعام. ولكن الشيء الأكثر إثارة للاهتمام هو مقياس الطاقة، والذي تم إدراجه تحت اسم “السعرات الحرارية”. ماذا تعني الطاقة حقًا عندما يتعلق الأمر بالحلوى؟
نكهات الطاقة
في الفيزياء، يساعدنا مفهوم الطاقة على تتبع أنواع مختلفة من التفاعلات. نقول إن الطاقة “محفوظة” لجميع التفاعلات، مما يعني أنه إذا قمت بحساب إجمالي الطاقة قبل وبعد حدوث شيء ما، فستكون هذه القيمة ثابتة.
خلال هذه التفاعلات، يمكن أن تتغير الطاقة من نوع إلى آخر. أحب أن أفكر في هذه الأنواع على أنها “نكهات” للطاقة. هناك طاقة جسم متحرك، نكهة نسميها الطاقة الحركية. هناك طاقة مخزنة في مجال الجاذبية، وهي نكهة نسميها طاقة الجاذبية الكامنة. هناك طاقة مخزنة في التفاعل بين جسيمين مشحونين، أو طاقة الوضع الكهربائية. وبالطبع عندما تصبح الأشياء ساخنة، هناك زيادة في الطاقة الحرارية.
جميع أنواع الطاقة قابلة للتبادل. كيف يمكنك تغيير الطاقة من نكهة إلى أخرى؟ أعني أننا نفعل ذلك كل يوم عندما نحضر إبريقًا من القهوة. عندما يمر تيار – طاقة كهربائية – عبر سلك، يصبح هذا السلك ساخنًا. يمكنك استخدام هذه الحرارة لزيادة درجة حرارة الماء. (هذه طاقة حرارية). يمكننا حساب الطاقة الكهربائية عن طريق قياس التيار الكهربائي والجهد عبر السلك. وهذا سيكون مساويا للتغير في الطاقة الحرارية للمياه.
هناك أيضًا علاقة بين الطاقة الميكانيكية والطاقة الحرارية. تخيل أن لديك خزان مياه وتريد استخدام بعض المجاديف لتحريكه. يتكون نظام التجديف الخاص بك من ثلاثة أجزاء: المجاذيف في الأسفل، وطول الحبل في المنتصف، ووزن ثقيل ينزلق على طول الحبل من الأعلى إلى الأسفل. عندما تسحب الجاذبية الوزن إلى أسفل على طول الحبل، تدور المجاذيف وتدفع الماء. يؤدي هذا إلى تحرك الماء، لكن التفاعل الاحتكاكي يؤدي أيضًا إلى تسخين الماء. إن التغير في طاقة الجاذبية الكامنة للوزن أثناء تحركه أسفل الحبل يساوي التغير في الطاقة الحرارية للماء. تحولت الطاقة الناتجة عن الحركة إلى طاقة حرارية.
الجول والسعرات الحرارية والسعرات الحرارية (الأخرى).
في الفيزياء، الوحدة المفضلة لدينا لقياس الطاقة هي الجول. تاريخيًا، يمكن تعريف قيمة 1 جول بأنها الطاقة التي تنتجها قوة مقدارها 1 نيوتن عند تحركها مسافة متر واحد. الجول يساوي أيضًا الطاقة الكهربائية الناتجة عن تيار مقداره 1 أمبير وجهد 1 فولت لمدة ثانية واحدة.
قد يكون من الصعب التعرف على هذه الوحدة، لذا جرب هذه التجربة البسيطة: خذ كتابًا مدرسيًا وضعه على الأرض. الآن التقطه وضعه على الطاولة. منذ أن انتقل الكتاب إلى أعلى، اكتسب المزيد من طاقة الجاذبية الكامنة. تبلغ زيادة الطاقة حوالي 10 جول. (تعتمد القيمة الفعلية على ارتفاع الطاولة وكتلة الكتاب.)
السعرات الحرارية هي وحدة أخرى من الطاقة. إنها تأتي من الجانب الديناميكي الحراري للطاقة، لذا فهي تتعلق بالتغيرات في درجة الحرارة. وقيمة السعرات الحرارية تساوي الطاقة اللازمة لرفع 1 جرام من الماء درجة مئوية واحدة.
