エネルギーの単位換算、カロリー・ジュール・キロワット時

エネルギーの単位はすべてジュールでつながる

エネルギーは熱、食べ物、電気、運動と姿は違っても、すべて同じ量なので、国際単位のジュール（J）に直して比べられます。1ジュールは1ニュートンの力で物を1m押すのに必要なエネルギーで、日常の感覚ではごく小さな量です。そのため食品にはキロカロリーやキロジュール、電気にはキロワット時というように、分野ごとに扱いやすい大きさの単位を使います。見た目は違っても、ジュールを基準に何倍かさえわかれば互いに換算できます。

カロリーとキロカロリー

1カロリーは、もともと水1gの温度を1度上げるのに必要な熱から生まれた単位です。この値は水の温度によって少しずつ変わるため、今はジュールで定義されていて、よく使われる熱化学カロリーはちょうど4.184Jです。工学では4.1868Jの国際蒸気表カロリーを使うこともあり、二つの値はわずかに違います。食品のパッケージや運動器具に出てくる「カロリー」は、実はその1,000倍のキロカロリーです。ある食べ物が300カロリーと言うとき、本当の意味は300キロカロリー、約1,255キロジュールです。栄養表示にkcalとkJが並んでいれば、kJのほうが約4.2倍大きな数字になります。

食べ物の熱量はどう計算するか

食品の熱量は、ふつう栄養素の重さに決まった係数を掛けて足し合わせる方法で計算します。広く使われる一般的な係数は、炭水化物とたんぱく質が1gあたり4kcal、脂質が1gあたり9kcal、アルコールが1gあたり7kcalです。そのため同じ重さでも、脂質の多い食べ物は熱量が高く出ます。ただしこれは平均的な目安で、食物繊維のように一部しか吸収されない成分もあり、体が実際に使うエネルギーは人によって違います。表示の熱量は比べるための目安として使い、体重や病気の管理が必要なら、医師や栄養の専門家に相談してください。

ワットとワット時は違う

電気でいちばん多い混同は、ワット（W）とワット時（Wh）です。ワットは1秒にどれだけのエネルギーを使うか、つまり速さ（電力）を表し、1Wは1秒に1Jです。ワット時は、その速さでどれだけの時間使ったかを掛けた量（電力量）です。1,000Wの電気ヒーターを1時間つければ1kWhを使い、30分なら0.5kWhです。1時間は3,600秒なので、1Whは3,600J、1kWhはちょうど3,600,000J、つまり3.6メガジュールです。電気料金の明細の使用量はキロワット時、製品に書かれた消費電力はワットの単位です。

食べ物と電気を同じ目盛りで

ジュールを介すれば、違う分野のエネルギーを比べられます。小数点以下は四捨五入した値で、カロリーは熱化学カロリーを基準にしています。

• 1kWh = 3.6MJ ≈ 860kcal
• 1kcal = 4.184kJ ≈ 1.16Wh
• 2,000kcal ≈ 8.37MJ ≈ 2.32kWh
• 1,000Wの機器を1時間使うと1kWh

バッテリー容量の読み方

スマホやモバイルバッテリーに書かれたmAhは電荷の量なので、それだけではエネルギーを比べられません。電圧を掛けて初めてエネルギーになるため、電圧の違うバッテリー同士では、mAhの数字が同じでも蓄えられるエネルギーが違います。ワット時に直す式は簡単です。

• Wh = mAh × 電圧（V）÷ 1,000
• 例：3.7Vのバッテリー10,000mAh = 37Wh
• 充電の過程でロスがあるので、表示容量がすべて移るわけではない
• 機内持ち込みの基準はWhで決まるので、航空会社の公式の案内を確かめる

そのほかに出会う単位

海外の資料では、ほかのエネルギー単位もよく見かけます。冷暖房機の能力に使われる英国熱量単位（BTU）は約1,055Jで、ふつう1時間あたりの値で示して出力のように扱います。原子や粒子の世界では、ごく小さな単位の電子ボルトを使います。車の馬力はエネルギーではなく電力、つまり速さの単位なので、ワットの仲間です。見慣れない単位に出会ったら、まずエネルギー（量）か電力（速さ）かを見分け、ジュールやワットに直すと比べやすくなります。

よくある間違い

エネルギーの単位の間違いは、たいてい量と速さを混ぜたり、頭に付く「キロ」を落としたりすることから起こります。

• 食品のカロリーをそのままカロリーとして計算し、1,000倍ずれる
• 消費電力（W）と使用量（kWh）を同じものと考える
• 電圧を無視してmAhの数字だけでバッテリーを比べる
• 二つのカロリーの定義（4.184Jと4.1868J）を混ぜて精密な計算をする