- 에너지 사전
튀김 덮밥 한 그릇이면 목욕물을 데울 수 있다?
다이어터들의 노트에는 각 음식의 칼로리(calorie)가 빼곡하게 적혀 있다. 음식의 열량 단위가 칼로리이기 때문이다. 칼로리는 ‘열’을 뜻하는 라틴어 ‘calor’에서 유래됐다. 단위 기호는 ‘cal’이다.
칼로리는 물 1g의 온도를 1℃ 올리는 데 필요한 열량을 말한다. 그렇다면 음식물의 칼로리는 어떻게 측정할까? 바로 봄 열량계(Bomb Calorimeter)라는 기구를 사용해 잰다. 봄 열량계는 밀폐된 용기 주위를 물이 둘러싸고 있는 기구이다. 음식물을 밀폐 용기에 넣고 완전히 태우면서 그동안 발생하는 에너지로 주위의 물이 얼마나 뜨거워졌는지 측정한다. 하지만 요즘은 음식물을 매번 태워서 측정하지 않고, 음식물 속에 들어 있는 영양 성분이 가진 칼로리들을 합산해서 합계를 낸다.
칼로리를 실감하기 위한 예를 들어보자. 튀김 덮밥 한 그릇이 731kcal라면 이는 칼로리로 환산 시 73만 1,000cal가 된다. 즉 튀김 덮밥 한 그릇은 10kg의 물을 73.1℃로 올린 열량과 같다고 할 수 있다. 이 같은 사실을 알면 튀김 덮밥의 에너지양에 놀라지 않을 수 없다.
kcal
[ 정의 : ]
1g의 물을 14.5℃에서 15.5℃로 올리는 데 필요한 에너지의 양
[ 어원 : ]
라틴어 ‘calor’(=열)
[ 단위 : ]
cal. 그램-칼로리(g-cal) 또는 소칼로리(cal)
1cal=4.1855J
kcal, cal(kg-cal, 또는 Cal)
1kcal=1,000cal
제대로 된 에너지 단위는 줄(J)과 와트(W)
그런데 칼로리는 국제단위계의 단위가 아니다. 물리학에서 에너지를 나타내는 단위로 줄(Joule)을 사용하는데, 전기에너지의 경우에는 줄 대신 와트(Watt)를 쓴다. 예를 들어 40와트 전구는 매초 40줄의 에너지를 소비하고 있다.
19세기가 시작될 즈음 과학자들은 힘(에너지), 열, 운동, 시간 사이의 관계에 대한 복잡한 문제들을 깊이 생각하게 되었다. 영국의 물리학자 줄(James Joule 1818-1889)은 에너지와 동력 사이의 관계를 알아보는 정밀한 실험을 하는 동안, 오늘날 ‘에너지 보존법칙(Law of Conservation of Energy)’으로 알려진 자연의 법칙을 발견하고, 그 내용을 1843년에 논문으로 발표했다. 이 발견은 매우 중요하다. 이는 ‘전기에너지가 열에너지, 운동에너지, 화학에너지 등으로 바뀌더라도 그 에너지의 양에는 변함이 없다.’는 법칙이다.
스코틀랜드의 과학자 제임스 와트(James Watt 1736-1819)는 1776년에 증기기관을 발명하여 인력(人力) 대신 기계의 힘(에너지, 파워)을 사용하는 시대를 열었다. 그의 이름에서 딴 와트(W)는 ‘전기에너지의 정도’를 나타내는 단위로 쓴다.
J
[ 정의 : ]
1J은 1N(뉴턴)의 힘으로 물체를 힘의 방향으로 1m만큼 움직이는 동안 하는 일 또는 그렇게 움직이는 데 필요한 에너지
[ 어원 : ]
영국 ‘joule’(James Prescott Joule)
[ 단위 : ]
1J = 1N·m = 1kg·m²/s²(MKS단위)
우리의 일상과 친숙한 줄(J)과 와트(W)
1줄의 힘(에너지)이 얼마나 되는지 정확하게 이해하려면 복잡한 공부가 된다. 그러므로 여기서는 일상생활에서 1줄의 에너지가 어느 정도인지 예를 들어 이해하기로 하자.
1줄은?
① 1와트 전력을 1초 동안 생산하는 힘이 1줄이다.
즉 1W LED 전구가 1초 동안 빛을 내는 에너지는 1줄이다.
② 100g 무게의 토마토를 1m 들어 올리는 에너지가 1줄이다.
③ 이 토마토가 1m 높이에서 땅에 떨어지는 에너지가 1줄이다.
④ 1kg인 돌을 1초 동안에 1m 거리까지 가속(加速)시키는 힘이 1줄이다.
⑤ 1g의 물의 온도를 0.24℃ 높이는데 필요한 에너지가 1줄이다.
⑥ 체중 50kg인 사람이 20cm 움직이는데 쓰는 운동에너지가 1줄이다.
⑦ 2kg 질량을 가진 물체가 1초에 1m 움직인 운동에너지가 1줄이다.
무게가 1kg인 가방을 들고 1km를 간다고 할 때, 10분 만에 도착할 때와 15분 걸릴 때의 힘(파워)에는 차이가 있다. 이런 운동과 에너지(파워)에 대한 물리(物理)를 연구하는 분야를 운동역학, 줄여서 동역학(動力學 kinetics)이라 한다. 전기난로 위에 올려둔 주전자에 담긴 0℃ 물 1ℓ가 100℃가 되어 끓기까지 10분, 20분, 30분이 걸렸을 때, 각각의 경우 작용한 열에너지에 대해 연구한다면 그것은 열역학(熱力學 Thermodynamics)이다. 동력학과 열역학 모두를 나타낼 때 역학(力學)이라는 말을 쓰기도 한다. 세상의 온갖 도구와 기계들은 모두 역학의 산물이다.
W
[ 정의 : ]
1초 동안에 소비하는 전력에너지
[ 어원 : ]
영국 ‘Watt’(James Watt)
[ 단위 : ]
1W＝1J/sec＝107erg/sec.
1kW = 1000W
1Wh = 1W의 공률로 1시간 동안에 하는 일의 양
1,000,000kWh = 1,000MWh = 1GWh = 전기량
