에너지 단위 환산, 칼로리·줄·킬로와트시

에너지 단위는 모두 줄로 이어진다

에너지는 열, 음식, 전기, 운동처럼 모습은 달라도 모두 같은 양이라 국제단위인 줄(J)로 바꿔 비교할 수 있습니다. 1줄은 1뉴턴의 힘으로 물체를 1m 미는 데 드는 에너지로, 일상에서 느끼기엔 아주 작은 양입니다. 그래서 식품에는 킬로칼로리나 킬로줄, 전기에는 킬로와트시처럼 분야마다 다루기 편한 크기의 단위를 씁니다. 단위가 달라 보여도 결국 줄을 기준으로 몇 배인지만 알면 서로 바꿀 수 있습니다.

칼로리와 킬로칼로리

1칼로리는 원래 물 1g의 온도를 1도 올리는 데 드는 열에서 나온 단위입니다. 이 값은 물의 온도에 따라 조금씩 달라서 지금은 줄로 정의하는데, 흔히 쓰는 열화학 칼로리는 정확히 4.184J입니다. 공학에서는 4.1868J인 국제 증기표 칼로리를 쓰기도 해서 두 값이 약간 다릅니다. 식품 포장이나 운동 기구에 나오는 '칼로리'는 사실 그 1,000배인 킬로칼로리입니다. 어떤 음식이 300칼로리라고 말할 때 실제 뜻은 300킬로칼로리, 약 1,255킬로줄입니다. 영양 표시에 kcal과 kJ이 함께 적혀 있다면 kJ 쪽이 약 4.2배 큰 숫자로 나옵니다.

음식의 열량은 어떻게 계산하나

식품의 열량은 보통 영양소의 무게에 정해진 계수를 곱해 더하는 방식으로 계산합니다. 널리 쓰이는 일반 계수는 탄수화물과 단백질이 1g당 4kcal, 지방이 1g당 9kcal, 알코올이 1g당 7kcal입니다. 그래서 같은 무게라도 지방이 많은 음식은 열량이 높게 나옵니다. 다만 이 값은 평균적인 어림이고, 식이섬유처럼 일부만 흡수되는 성분도 있으며, 실제로 몸이 쓰는 에너지는 사람마다 다릅니다. 표시된 열량은 비교의 기준으로 쓰고, 체중이나 질환 관리가 필요하다면 의료진이나 영양 전문가와 상담합니다.

와트와 와트시는 다르다

전기에서 가장 흔한 혼동은 와트(W)와 와트시(Wh)입니다. 와트는 1초에 얼마나 많은 에너지를 쓰는지, 곧 빠르기(전력)를 나타내며 1W는 1초에 1J입니다. 와트시는 그 빠르기로 얼마 동안 썼는지를 곱한 양(전력량)입니다. 1,000W 전열기를 한 시간 켜면 1kWh를 쓰고, 30분만 켜면 0.5kWh를 씁니다. 1시간은 3,600초이므로 1Wh는 3,600J, 1kWh는 정확히 3,600,000J, 곧 3.6메가줄입니다. 전기요금 고지서의 사용량은 킬로와트시 단위이고, 제품에 적힌 소비전력은 와트 단위입니다.

음식과 전기를 같은 눈금으로

줄을 거치면 서로 다른 분야의 에너지를 비교할 수 있습니다. 소수점 아래는 반올림한 값이고, 칼로리는 열화학 칼로리 기준입니다.

• 1kWh = 3.6MJ ≈ 860kcal
• 1kcal = 4.184kJ ≈ 1.16Wh
• 2,000kcal ≈ 8.37MJ ≈ 2.32kWh
• 1,000W 기기를 1시간 쓰면 1kWh

배터리 용량 읽는 법

휴대폰이나 보조배터리에 적힌 mAh는 전하량이라 그것만으로는 에너지를 비교할 수 없습니다. 전압을 곱해야 에너지가 되므로, 전압이 다른 배터리끼리는 mAh 숫자가 같아도 담긴 에너지가 다릅니다. 와트시로 바꾸는 식은 간단합니다.

• Wh = mAh × 전압(V) ÷ 1,000
• 예: 3.7V 배터리 10,000mAh = 37Wh
• 충전 과정에서 손실이 있어 표시 용량만큼 다 옮겨지지는 않는다
• 항공기 반입 기준은 Wh로 정해지므로 항공사의 공식 안내를 확인한다

그 밖에 만나는 단위

외국 자료에서는 다른 에너지 단위도 자주 보입니다. 냉난방기 능력에 쓰이는 영국열량단위(BTU)는 약 1,055J로, 흔히 시간당 값으로 써서 출력처럼 다룹니다. 원자나 입자의 세계에서는 아주 작은 단위인 전자볼트를 씁니다. 자동차의 마력은 에너지가 아니라 전력, 곧 빠르기의 단위라는 점에서 와트와 같은 무리입니다. 낯선 단위를 만나면 에너지(양)인지 전력(빠르기)인지부터 가르고, 줄이나 와트로 바꾸면 비교가 쉬워집니다.

흔한 실수

에너지 단위의 실수는 대부분 양과 빠르기를 섞거나 앞에 붙은 '킬로'를 빠뜨리는 데서 생깁니다.

• 식품의 칼로리를 그대로 칼로리로 계산해 1,000배 차이를 낸다
• 소비전력(W)과 사용량(kWh)을 같은 것으로 본다
• 전압을 무시하고 mAh 숫자만으로 배터리를 비교한다
• 두 칼로리 정의(4.184J와 4.1868J)를 섞어 정밀 계산을 한다