| '''열역학 · 통계역학 ''' | |||
| {{{#!wiki style="margin:0 -10px -5px; min-height:calc(1.5em + 5px); word-break:keep-all" {{{#!folding [ 펼치기 · 접기 ] {{{#!wiki style="margin:-6px -1px -11px" | 기본 개념 | <colbgcolor=#FFF,#111><colcolor=#000,#fff>열역학 법칙{열역학 제1법칙(열역학 과정) · 열역학 제2법칙(엔트로피)} · 질량 보존 법칙 · 에너지 · 물질 · 온도(절대영도) · 압력 · 열(비열 · 열용량) · 일(일률) · 계(반응계 · 고립계) · 상 · 밀도 · 기체 법칙{보일 법칙 · 샤를 법칙 · 게이뤼삭 법칙 · 아보가드로 법칙 · 이상 기체 법칙(이상 기체)} · 기체 분자 운동론 | |
| 통계역학 | 앙상블 · 분배함수 · 맥스웰-볼츠만 분포 · 페르미-디랙 분포 · 보스-아인슈타인 분포 · 맥스웰-볼츠만 통계 · 페르미-디랙 통계 · 보스-아인슈타인 통계 · 페르미온 응집 · 보스-아인슈타인 응집 · 복잡계(카오스 이론) · 흑체복사 · 브라운 운동 · 역온도 · 위상 공간 | ||
| 열역학 퍼텐셜 | 내부 에너지 · 엔탈피 · 자유 에너지(헬름홀츠 자유 에너지 · 깁스 자유 에너지) · 란다우 퍼텐셜 · 르장드르 변환 | ||
응용 및 현상 | 현상 | 가역성 · 화학 퍼텐셜 · 상전이 · 열전달{전도(열전도율 · 전도체) · 대류 · 복사} · 판데르발스 힘 · 열처리 · 열량(칼로리) · 네른스트 식 · 물리화학 둘러보기 | |
| 내연기관 · 외연기관 · 열효율(엑서지) · 열교환기(히트펌프) · 카르노 기관 · 영구기관 · 열전 소자 | |||
| 기타 문서 | 화학 둘러보기 · 스털링 근사 · 전자친화도 · 이온화 에너지 · 응집물질물리학 · 고체물리학 · 기계공학 · 화학공학 · 정보이론 · 맥스웰의 악마 · 볼츠만 두뇌 · 에르고딕 가설미해결 · 브라질 땅콩 효과미해결 | }}}}}}}}} | |
1. 개요
Calorie[1]화학에너지나 화학에너지로부터 전환된 열에너지(= 일)를 이르는 물리량. 보통 식품의 화학에너지를 의미한다. 단위는 J, 또는 cal.
2. 음식의 열량
음식의 열량 측정은 애트워터 계수와 봄 칼로리미터라는 것을 통해 측정하는데, 간단히 말하면 밀폐된 공간에 음식물을 넣고 태운 다음 온도가 얼마나 변화하는지를 재는 것이다. 19세기에 애트워터 박사에 의해 시도된 이 방법은 지금도 사용되고 있으나, 실험을 토대로 음식물의 영양소가 일정한 열량을 지니고 있음이 밝혀졌기 때문에 오늘날에는 일일이 음식물을 태울 필요는 없다.
이렇게 음식물이나 영양소를 태우면 그 열량을 알 수 있으나, 인간은 열량을 완전히 소화해 지방으로 축적하지 못하므로 실제로는 여기에 인간의 소화 작용을 관찰해 정한 보정수치를 적용하게 된다. 그렇게 하여 지방은 그램 당 9 kcal (37 kJ), 술의 알콜은 7kcal(29 kJ), 탄수화물은 4 kcal(17 kJ)의 열량을 가진다고 알려졌다. 다만 신체조직에 축적된 열량의 경우는 대사과정에서 손실[2]이 어느정도 발생하기 때문에 약간 효율이 떨어진다. 예를 들면 체지방의 경우 손실분을 제외하면 그램당 7.7 kcal.[3]
이렇게 측정된 열량은 식품 포장지에 표기되어 다이어트를 원하는 많은 사람들에게 충격과 공포를 안겨주고 있지만[4] [5], 실제 몸에 축적되는 열량은 음식물의 성분이나 사람에 따라 천차만별이다. 그리고 똑같은 800 kcal를 먹더라도 설탕과 지방으로만 먹는 것과 채소와 단백질이 섞인 식단으로 먹는 것은 몸에 끼치는 영향은 천지 차이다. 식품의 영양 정보를 보면 1회 제공량을 기준으로 영양정보를 표시하고 있는데 열량이 높은 음식들의 1회 제공량을 턱없이 적게 잡아서 소비자들을 현혹하는 경우가 많다. 예를 들어 라면은 반 봉지, 초콜릿은 달랑 두 조각을 1회 제공량으로 잡는다든가. 이 경우 1회 제공량을 기준으로 열량을 표시하고 옆에 n회 분량 이라고 적혀있으니 총 열량을 구하려면 1회 제공량 열량에 n을 곱해야 한다. 물론 1회 제공량 표기 제도가 처음 실시될 때 여기에 속아서 항의한 사람들이 많았는지, 현재는 여러 제품에 1회 제공량 기준 영양정보와 함께 총 열량도 같이 표기하고 있다. 유럽에서는 식품의 열량 단위도 SI 단위인 줄(J)[6]로 표기한다. 줄이 더 작은 단위다 보니 숫자가 크게 나와서 한국인 취식자를 위협하는 효과도 있긴 하다. 미국은 미국 단위계를 쓰기 때문에 BTU라는 단위를 따로 정의해 쓴다.
- 애트워터 계수
- 칼로리 미터
- 미국 잡지 men's health의 2010년 미국 최악의 음식으로 아웃백스테이크하우스 오지 치즈(Outback Steakhouse Aussie Cheese Fries with Ranch Dressing)가 뽑혔다. 2,900 kcal. 성인 남자 1일 권장 열량이 2,500 kcal이다.
반대로, 하이킹, 등산 등 야외활동을 위해 비상식량을 챙기려는 경우 식품의 질량 대비 열량이 가능한 한 높은 식품이 요구된다. 견과류는 질량 대비 열량이 매우 높은데다 건조하게 보관할 수만 있다면 쉽게 변질되지 않아 비상용 휴대식으로 애용된다. 호두(100그램당 650칼로리), 아몬드(100그램당 600칼로리) 등이 인기있으며, 다양한 견과류를 혼합하고 탈수 대책으로 약간의 소금을 첨가한 보존/비상식인 “하이킹용 믹스”(trail mix) 계열의 제품들도 있다.
3. 운동과 열량
애트워터 박사에 의해 시도된 것이 사람이 들어갈 수 있는 대형 칼로리미터에 실험자를 집어넣고 각종 운동을 시켜 온도의 변화를 측정한 것. 그 후, 기술의 발달로 현재는 최대 산소 섭취량(VO2max)을 통해 열량 소모량을 측정 한다. 산소를 소모한 양에 따라 열량 소비를 계산하는 방식이다. 이를 정확하게는 가스 마스크를 쓰고 운동부하 검사를 하며 VO2max를 측정해야 한다. 기존의 자료를 통해 운동 부하를 정립했다. 운동부하는 MET(metabolic equivalent)라고 하는 것은 우리가 가만히 있을 때의 에너지 소비를 1.0으로 기준을 잡아서 13 MET라고 하는 것은 평소보다 13배의 에너지를 소비하는 경우를 말하며 MET에 3.5를 곱하면 산소 섭취량으로 환산되며13 MET는 45.5 ml O2/(kg·min)인 식이다. 열량 소비량은 MET에 0.0175를 곱하고, 체중을 곱하고 운동을 한 시간을 곱한 것으로 사용한 총 에너지는 0.0175 × METs × Wt(체중) × T(운동 시간) 이다.4. 인체와 열량
- 그런데 기초대사량, 즉 그냥 살아있기만 해도 매일 소모되는 열량은 의외로 높다. 성인 남성의 경우 대개 1500~2000 kcal 안팎이다. 여기에는 생명 활동을 유지하기 위해 필요한 에너지들이 다 포함되어 있지만, 가장 큰 원인은 체온 조절이다. 즉 추운 곳에서 벌벌 떨며 하루종일 버티면, 웬만한 운동보다 많은 열량을 소모할 수 있다는 것이다.[7] 물론 이런식으로 칼로리를 소모하는것 보다는 운동을 하는것이 효율적이다. 거두절미하고 운동을 전혀 하지 않는다고 해도 본인의 기초대사량 미만의 열량을 섭취한다면 환자처럼 누워만 있어도 무조건 살이 빠지긴 한다는 것. 하지만 운동을 통해 체력을 얻고 열량을 소모하며, 운동 후 회복하는 과정에서 역시 열량이 소모되며, 정신 건강에도 이로운 영향을 주는 등, 열량소모 측면에서도, 전반적인 건강 측면에서도 큰 효율을 자랑하는 운동을 하는 습관을 가지자.[8]
- 먹는 열량이 높으면 무조건 비만이 되는 줄 알고 섭취 열량을 줄여야만 된다고 생각하는 사람들이 많은데 해당 항목에도 잘 작성되어 있지만 살이 찌는 데는 운동량도 관계가 있다. 물론 단순히 운동량에 국한되는것은 아니며, 균형잡힌 영양의 식습관과, 신진대사에 긍정적인 영향을 주는 생활습관을 갖출 필요가 있다. 기초대사량은 여러 호르몬들에 영향을 받으며 호르몬들은 환경에 영향을 받기 되기 때문이다.
- 식사할 때의 섭취 열량과 운동할 때의 소모 열량을 비교해보면 식사할 때의 섭취 열량이 높은 편이다. 하지만 이는 운동을 수행할때 소모되는 칼로리에만 국한된 것으로, 운동 이후 소모되는 칼로리 역시 상당하다. 애프터번 효과도 그렇고, 특히 몸의 조직이 회복되는 과정에서 소모되는 칼로리를 무시하는 경향이 있는데 상당히 큰 편이다. 물론 빠른 시일 내에 체중 감량을 해야 한다면 식사 조절에도 초점을 맞추는 게 중요하다. 또 특정 운동의 측정된 칼로리 소모량을 너무 맹신하지 않는것이 좋다. 환경이나 개개인의 차이에 따른 수많은 변수가 있기 때문이다. 무엇보다 그 운동행위 자체만의 소모량에 국한되었기 때문에 그다지 큰 의미를 가지지는 않는다. 자신의 컨디션에 주의를 깊이 가져 운동강도를 조절해야 한다.
- 에너지를 많이 쓰는 운동선수나 육체노동자는 열량을 많이 쓰는 만큼 섭취도 많이 해야 된다. 위에서 언급한 영양과의 상반관계가 크다. 복싱선수 매니 파퀴아오 같은 경우 하루에 8000 kcal를 섭취한다. 투르 드 프랑스와 같은 스테이스 레이스의 자전거 경기에서는 선수들이 하루 평균 8000~10000 kcal를 소모하며 10000 kcal 이상을 섭취한다.
- 70kg의 사람이 축구 1시간 뼈빠지게 하면 500 kcal 정도 소모한다. 계산
- 사람이 2만 보 정도 걸으면 약 17 km 정도를 걷는데 이때 소모되는 열량은 몸무게에 따라 약 800~900 kcal이다. 인간의 지방 1 kg에 포함된 열량이 7700 kcal라면 인간은 지방 1 kg에 포함된 에너지만으로 150~160 km의 거리를 걸어갈 수 있다. [9]
- 충분한 칼로리의 추가 섭취는 근성장을 촉진한다. 근성장 과정동안은 평상시보다 더 큰 열량 소모가 이루어진다. 다만, 저 칼로리 추가 섭취는 닭가슴살, 현미밥 등의 소위 건강한 음식으로 이루어져야 한다. 근성장은 단순히 칼로리 추가 뿐만이 아니라 그 칼로리를 태울 운동량의 증가가 따라와야 이루어지기 때문이다. 즉, 근성장하겠다고 과자, 크림빵 같은 음식으로 추가칼로리를 섭취하고 운동량을 늘리지 않으면 살만 찐다.
- 질병이나 외상을 입었을때 회복하는 과정에서 평상시의 기초대사보다 더 큰 열량이 소모된다.
- 가필드는 열량을 맛있음의 단위라고 정의했다. 아예 근거없는 소리는 아닌게, 소화기관의 용량은 한정되어 있고[10], 결국 적은 양으로 가장 높은 에너지를 내는 음식을 더 맛있게 느끼는 생물이 그렇지 않은 생물보다 더 오래 살아남을 수 있었을 것이다. 대부분의 동물들이 단맛을 좋아하는 것도 단맛을 내는 당분이 에너지로 전환이 잘 되기 때문.
- 맛있게 먹으면 0칼로리라는 드립이 있다. 위의 가필드의 정의와 완벽히 모순된다.
오버플로우 발생
[1] 'calorie(칼로리)'는 '열량'을 뜻하는 영어 단어이자 줄(J)과 함께 열량을 나타내는 하나의 단위이다.[2] 이 손실에 의해 생기는 것이 체온이다.[3] 또한 과잉 섭취한 탄수화물을 체지방으로 축적하는 과정에서도 총 30% 정도가 손실된 후 축적된다고 알려져 있다. 즉 과잉 섭취한 탄수화물 11kcal당 체지방 1g이 새로 생기는 것이다.[4] 초코 다이제 한 봉지(225g)가 1105 kcal다.[5] 일본에서는 다이어트를 위해 '칼로리'라는 글자가 적힌 도시락 장식을 꽂음으로써 음식의 칼로리를 생각하는 것이 유행했다. #[6] 1Cal=1 kcal=1000 cal=4200 J=4.2 kJ[7] 이 때문에 체온 유지와 더불어 활동량까지 소화해야 하는 수영이 다이어트에 대단히 좋은 운동이다. 일단 일반적인 수영장들 기준 대충 체온보다 9~10도 가량 낮은 냉수에 주구장창 들어가 있기만 해도 항온동물인 인간은 그 즉시 지방을 태워 체온 항상성을 유지하려 한다. 여기에 수영 동작의 활동량까지 더해지면 더 이상 자세한 설명은 생략한다.[8] 가장 중요한 이유는 운동 없이 누워만 있는다면, 근육이 빠지게 되면서 기초대사량 자체가 떨어진다. 단기적으로 체중계 숫자를 줄이고 싶다면 가장 빠른 방법이긴 하지만, 다시 원래 식사량대로 먹으면 곧바로 회복되는데다가 빠진 근육만큼 기초대사량이 감소해서 살이 잘 찌는 체질이 된다.[9] 적은 열량으로 장거리를 갈 수 있는 이유는 생물학적으로 우월한 진화의 산물이라 할 수 있다. 인류, 아니 지구상의 모든 생물은 항상 먹을 것을 찾아 배고픔에 허덕이는 생활을 했었고, 야생의 동물들은 지금도 마찬가지다. 그런 측면에서 사람이 사족보행을 하는 거의 모든 다른 동물들과 달리 이족보행을 하게 된 것은 높은 에너지 효율로 생존에 큰 도움을 주었다. 이족보행은 최고 속도나 순간 민첩성에서는 사족보행에게 밀리지만, 지구력 하나는 넘사벽으로 뛰어나다. 실제로 짐승들이 탈진할 때까지 쫓아서 잡는 사냥법이 전 인류의, 모든 조상들의 가장 전통적이고 역사가 가장 오래된 사냥법이었다. 그래서 생존이 주요 목적이었던, 활동량이 어마 무시하게 많았던 과거에는 굉장히 효율적이었으나, 과학의 발전으로 식량이 어마어마하게 폭발한 현대에 들어와서는 사실 별로 와닿지 않을 것이다. 그러나 멀리 과거까지 갈 필요도 없이 절대다수의 인류가 굶을 걱정으로 고통받던 시절이 겨우 불과 몇십 년 전 이야기다. 당장에 6.25 전쟁과 1차 세계대전, 2차 세계대전 및 우크라이나 대기근을 생각해 보자. 지금처럼 살이 찌는 것을 걱정하게 된 것은 그야말로 비상식적일 정도의 기술혁신으로 발전한 식량 생산 기술과 저장 및 유통 기술 덕분인 것이다.[10] 특히나 인간은 다른 동물들에 비해 체격 대비 소화기관의 비중이 적은 편이다. 뇌가 커지고 불을 이용한 요리를 먹으면서 그만큼 소화기관의 비중이 줄어든 것이라고.