열량(calorie)은 학문에서도, 일상에서도 많이 접하는 단어로서 '에너지'와 혼용해서 쓰고 있는데요. 열량이란, 물체가 주고받은 열의 양으로 정의하기 때문에 실제로 열에너지의 많고 적음을 표현할 때 사용하는 용어입니다.
열량이란 무엇인가?
앞서 언급했듯이, 열량은 물질에 가해진 또는 물체가 가한 열의 양으로 정의하며, 에너지와 같습니다. 이는 곧 열량을 역학적 일이나 다른 기타 에너지들과 환산 및 변환할 수 있다는 것을 의미합니다. 즉, 열량을 다른 에너지들과 공통된 에너지 단위로 환산하여 계산할 수 있다는 것이죠.
열량은 영어로 'calorie'라고 표현하기도 하지만, 역학에서는 'Quantity of heat'이라고 많이 표현합니다. 기호는 주로 알파벳 Q를 많이 사용하죠.
지난번, 비열(specific heat)과 열용량에 대한 포스팅에서 '열량'이 언급되었는데요. 비열 공식에서 좌변을 열량으로 두고, 우변을 정리하면 열량에 대한 공식이 나오게 됩니다. 즉, 열량은 비열과 질량과 온도 변화의 곱으로 표현되며, 우리는 이 공식을 보고 열량에 대해 쉽게 이해할 수 있습니다.
비열의 정의와 공식, 열용량과의 차이 이해하기 (실생활 예시 사례 포함)
비열(specific heat)을 열용량(heat capacity)과 혼동하는 경우를 많이 볼 수 있습니다. 정의 뿐만 아니라 공식과 기호에서조차 서로 유사한 부분이 많기 때문인 것 같은데요. 비열과 열용량의 차이를 �
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∇ 비열이 같은 두 물체가 질량마저 같다면, 물체에 주어진 열량이 클수록 온도가 크게 올라가고 열량이 작을수록 온도가 작게 올라간다는 것을 위의 수식에서 확인할 수 있습니다. 거꾸로, 온도 변화가 큰 쪽을 보고 상대적으로 많은 열량이 가해졌다고 판단할 수도 있습니다. 즉, 온도 변화와 열량은 비례합니다.
∇ 동일한 물질이라 비열이 같은 두 물체의 온도변화가 동일하다면, 질량이 큰 물체일수록 열량이 큽니다. 1g의 모래와 1kg의 모래를 동일하게 1℃ 올리기 위해서는 당연히 1kg의 모래에 더 많은 열이 가해져야 하겠죠? 즉, 질량과 열량은 비례합니다.
∇ 비열도, 질량도 동일한 물체가 있다면, 에너지를 더 많이 가한 물체의 온도가 더 많이 올라가게 됩니다. 즉, 열량과 온도변화는 비례합니다. 이때, 열량과 온도가 비례하는 것이 아니라, 열량과 온도 '변화'가 비례한다는 점을 주의해야 합니다.
열량의 단위에 대해 알아보자
열량의 단위는 칼로리(cal)입니다. 1cal는 물 1g을 1℃ 올리는데 필요한 열량으로 정의하는데요. 그럼 1,000cal는 1kcal 이겠죠? 영국과 미국에서는 칼로리 대신 B.T.U라는 단위도 사용합니다. B.T.U는 British Thermal Unit의 약자로, 1B.T.U는 물 1 파운드를 1℉ 올리는데 필요한 열량입니다. 단위 환산을 하면, 1Btu=252cal랍니다.
열량은 에너지이기 때문에, 공학적 단위인 줄(joule)과도 환산이 가능합니다. SI 단위인 줄(J)로 환산하면, 1cal=4.186J이 됩니다. 영국식 단위로는 1Btu=1055.06J이랍니다.
그 외에도 줄(joule)이 곧 일률(W)과 시간(s)의 곱인 와트초(Ws)와 같으므로 와트초, 와트시(Wh)로도 환산 가능합니다. 1Wh=3,600J이기 때문에 1cal=0.001163Wh가 됩니다. 또는 에르그(erg)라는 단위도 있는데요. CGS 단위계, 즉 센티미터(centimeter), 그램(gram), 초(second)를 기본으로 하는 계에서 일을 표시하는 단위입니다. 1erg=1/10,000,000J이기 때문에 erg 역시 cal로 변환할 수 있겠습니다.
단위 변환과 관련하여, 한국 표준 과학연구원 홈페이지에서는 공학용 단위 환산표를 무료로 활용할 수 있게 업로드해 놓았는데요. 필요하다면 아래의 사이트를 적극 활용하는 것도 도움이 될 것 같습니다.
단위변환 프로그램 | SI단위 소개 | 표준이야기 | KRISS 한국표준과학연구원
www.kriss.re.kr
생활 속에서 보이는 열량 표기들
실제 일상에서는 주로 음식, 운동, 다이어트 분야에서 많이 접할 수 있습니다. 한 끼, 한 상, 한 요리마다 칼로리를 확인할 수 있고, 성인 1일 권장 칼로리 같은 섭취 기준에서도 열량을 접할 수 있습니다. 러닝머신을 뛰면서 오늘 얼마만큼의 칼로리를 소모했는지 확인할 수도 있고, 여러 장치들을 통해 칼로리 소모량을 측정할 수도 있죠.
또한 우리는 가전제품에서도 열량을 접하고 있습니다. 냉장고나 에어컨 같은 가전제품에 붙어져 있는 에너지 소비효율등급 스티커를 본 적 있나요? 해당 스티커에는 효율등급 밑에 월간 소비 전력량이 표기되어 있습니다. 즉, 월간 소비하는 에너지를 표기해둔 것으로, 열량으로 변환 가능합니다. 그리고 가스레인지 같은 제품들은 열량이 곧 화력 성능과 직결되기 때문에 아예 열량을 사양(spec)으로 표기하기도 한답니다.
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