کالری (واحد انرژی) توسط چه کسی ابداع شد؟
سال اکتشاف: 1843
این کشف چه می‌گوید؟
تمام شکل‌های انرژی برابر و قابل تبدیل به یکدیگرند.
چه کسی آن را کشف کرد؟
جیمز ژول James Joule
ما می‌دانیم که کارهای مکانیکی، الکتریسیته، شتاب، گرما، نیروی مغناطیسی و غیره، قابل تبدیل به یکدیگرند. همیشه در این روند مقداری انرژی تلف می‌شود. این دانش نقش بزرگی در گسترش صنایع و فناوری ما داشته. ۲۰۰ سال قبل این نظریه به فکر هیچ‌کس نرسیده بود.
جیمز ژول کشف کرد که هر شکلی از انرژی می‌تواند به مقدار برابری از گرما تبدیل شود. او نخستین دانشمندی بود که مفهوم اشکال مختلف انرژی و چگونگی تبدیل آنها به یکدیگر بررسی کرد. کشف ژول پایه قانون حفظ انرژی و مایه گسترش علم ترمودینامیک شد.
جیمز ژول به سال ۱۸۱۸ در لانکشایر انگلستان در خانواده‌ای ثروتمند به دنیا آمد. او به مطالعه علوم نظر معلمان خصوصی پرداخت و در ۲۰ سالگی در کارخانه‌های عصاره‌کشی خانواده به کار پرداخت و تلاش کرد که نیروی محرکه کارخانه را از بخار الکتریسیته مبدل کند. او به مطالعه موتورها و مدارهای الکتریکی پرداخت و متوجه شد که سیم‌های الکتریکی هنگام انتقال جریان داغ می‌شوند. او متوجه شد مقداری از الکتریسیته به گرما تبدیل می‌شود.
برای او مهم بود مقدار این کمبود و نحوه تبدیل آن را مشخص کند. او زیاد به مسائل ایمنی خود و دیگران توجه نداشت. بارها خدمتکار او بر اثر تکانه‌های الکتریکی به زمین افتاده و بیهوش شده بود. گرچه او نتوانست کارخانه‌اشان را با نیروی برق به کار اندازد، این آزمایش‌ها توجه او را به تبدیل اشکال انرژی به یکدیگر معطوف کرد.
ژول عمیقاً مذهبی بود و اعتقاد داشت میان نیروهای طبیعت یکپارچگی وجود دارد. او گمان می‌کرد که گرما شکل طبیعی و نهایی برای محاسبه اشکال متفاوت و برابر از انرژی است.
ژول توجه خود را معطوف کرد به تبدیل انرژی مکانیکی به گرما. در زندگی واقعی هر جسم در حال حرکت (با انرژی مکانیکی شتاب) سرانجام متوقف می‌شود. چه اتفاقی برای انرژی آن می‌افتد؟ او یک رشته آزمایش انجام داد و از آب برای اندازه‌گیری مقدار تبدیل حرکت مکانیکی به گرما استفاده کرد.
دو تا از آزمایش‌های ژول بسیار معروف شدند. اول، او یک سیلندر مسی پر از هوا را در ظرف آبی فرو برد و درجه حرارت آب را اندازه گرفت و سپس هوا را به داخل سیلندر تلمبه کرد تا فشار درون آن به ۲۲ اتمسفر رسید. قانون گازها می‌گفت کار مکانیکی که انجام شده تا این فشار هوا را تولید کند موجب تولید گرما هم می‌شود. اما آیا به راستی چنین بود؟ ژول افزایش دمایی برابر 285/0 درجه فارنهایت را در آب اندازه گرفت. بله، انرژی مکانیکی به گرما مبدل شده بود.
بعد ژول چند پدال را – مثل پارو -به میله‌ای فلزی متصل کرد و در آب فرو برد و پدال‌ها را به گردش درآورد. انرژی مکانیکی می‌باید به گرما مبدل شود اما آیا به راستی چنین بود؟
ژول نتوانست تغییر دما را اندازه‌گیری کند، پس رو به جیوهٔ مایع آورد و همین آزمایش را انجام داد. به هم زدن جیوه باعث تولید گرما شد.
ژول متوجه شد تمام انواع انرژی قابل تبدیل به مقدار برابر گرماست. او نتیجه آزمایش‌های خود را به سال ۱۸۴۳ منتشر کرد و برای انرژی گرمایی ضابطه مشخصی ارائه کرد و آن را ژول نامید، هرچند زیست‌شناسان ترجیح می‌دهند از واحد دیگری به نام کالری استفاده کنند (یک کالری = 18/4 ژول). با این کشف که هر نوع انرژی قابل تبدیل به مقدار برابری گرما است، ژول راه را برای مطالعه انرژی، مکانیک و فناوری هموار کرد.
مقدار کالری که روی بسته‌بندی‌های غذایی نوشته شده کیلوکالری است. کیلوکالری 1000 برابر واحدی است که در شیمی و فیزیک استفاده می‌شود. کالری مقدار انرژی مورد نیاز برای بالا بردن درجه حرارت یک گرم آب به مقدار یک درجه سلسیوس است. اگر طی حرکات ورزشی مثلاً ۳۵۰۰ کالری بسوزانید حدود ۶۰۰ گرم وزن کم می‌کنید. ورزش‌های سخت و سنگین‌تر تقریباً باعث می‌شود ۱۰۰۰ کالری در ساعت انرژی مصرف شود.
