In un recipiente d’acqua sta una bomba d’acciaio sigillata, e al suo interno, di tanto in tanto, un campione si accende: intorno si spande un alone arancione, e nell’acqua salgono dal fondo bolle di varie dimensioni, ciascuna col suo ritmo. La superficie dell’acqua respira, la colonna del termometro a destra sale dopo il lampo e raggiunge il segno giallo, e lungo la scala in basso il cursore di lettura corre da un bordo all’altro.
Scheda dell’unità
Fuori dal SI · mantenuta per la nutrizione scheda 1/1 · rev. 2026-09Caloria cal · kcal
Unità fuori dal SI · grandezza: energia · esattamente 4,184 joule
L’unità che mangiamo
Il numero sulla confezione di biscotti sembra il risultato di una misura, ma nessuna misura è stata fatta. Nessuno ha bruciato quei biscotti in un calorimetro: si è preso il contenuto di proteine, grassi e carboidrati, lo si è moltiplicato per quattro, nove e quattro, sommato — e stampato. I fattori li scelse il chimico statunitense Wilbur Atwater alla fine dell’Ottocento, confrontando quanta energia del cibo libera il fuoco e quanta ne resta all’uomo dopo che digestione e reni si sono presi la loro parte.
La differenza fra questi due numeri non è una sciocchezza. L’albume d’uovo essiccato dà nella bomba d’acciaio circa cinque virgola sette chilocalorie al grammo, mentre all’organismo ne arrivano circa quattro, perché l’azoto se ne va con l’urea senza bruciare del tutto. La fibra brucia nella bomba bene quanto lo zucchero, ma nell’intestino è assorbita a malapena per metà, e anche questo per mano altrui — il lavoro dei batteri —, per cui le norme europee le assegnano soltanto due chilocalorie al grammo.
L’unità stessa viene da un’epoca in cui il calore era ritenuto una sostanza: la caloria indicava la quantità di «calorico» necessaria a scaldare un grammo d’acqua di un grado. La sostanza non fu mai trovata, la teoria crollò, ma l’unità sopravvisse perché si rivelò una misura comoda negli esperimenti con l’acqua, e alla fine la si definì semplicemente come un numero di joule — quattro virgola centottantaquattro, senza alcuna menzione dell’acqua.
La minuscola cal è la piccola caloria, mentre la maiuscola Cal dei libri americani di nutrizione indica la chilocaloria, esattamente mille volte tanto, così che la stessa lettera differisce di tre ordini di grandezza da un’edizione all’altra. In un testo tecnico la cosa più sicura è scrivere kcal, senza punto, e riservare «contenuto calorico» a una proprietà dell’alimento, non al nome dell’unità.
Esistono più calorie, e non sono uguali: quella termochimica vale esattamente quattro virgola centottantaquattro joule, quella internazionale quattro virgola milleottocentosessantotto decimillesimi, e quella a quindici gradi è definita da un vero esperimento con l’acqua. Inoltre il numero in etichetta non si ottiene al calorimetro ma per calcolo, e l’unità stessa è da tempo soppiantata dal joule ovunque tranne che in cucina.
01 · Definizione
un grammo d’acqua per grado · la bomba · correzioni di AtwaterStoricamente la caloria è la quantità di calore che alza di un grado Celsius un grammo d’acqua, e la definizione si rivelò fragile, perché la capacità termica dell’acqua dipende a sua volta dalla temperatura. Da qui più calorie insieme: quella a quindici gradi, contata nell’intervallo fra quattordici e mezzo e quindici e mezzo, quella internazionale delle tavole del vapore e quella termochimica, che alla fine fu semplicemente posta uguale a quattro virgola centottantaquattro joule.
Questa definizione è definitiva, e l’esperimento con l’acqua resta solo un ricordo dell’origine. È comoda, però, perché la relazione semplice è sopravvissuta: una chilocaloria scalda ancora un chilogrammo d’acqua di circa un grado, e così ogni cifra alimentare si traduce facilmente in un’immagine — una lattina di bibita zuccherata versata in un bollitore porterebbe un litro d’acqua quasi a ebollizione.
Con il cibo è più complicato, perché l’uomo non è una fornace. In una bomba d’acciaio sotto trenta atmosfere di ossigeno tutto brucia senza residuo, mentre nell’organismo parte dell’energia se ne va non digerita, parte si spende nell’assorbimento stesso e parte lascia il corpo con i composti azotati. Atwater misurò queste perdite su persone in una camera respiratoria e ne ricavò fattori rimasti quasi invariati da allora: quattro chilocalorie per grammo di proteine, nove per grammo di grassi, quattro per grammo di carboidrati, sette per grammo di etanolo.
Più tardi si scoprì che anche questi numeri sono mediati oltre misura. Le mandorle, calcolate secondo l’etichetta, danno circa sei chilocalorie al grammo, ma misurate sulle persone intorno a quattro virgola sei, perché il grasso è chiuso nelle pareti cellulari e una parte passa oltre senza essere digerita; per la frutta secca intera e i legumi lo scarto arriva a un quarto. L’unità non c’entra — conta i joule onestamente —, ma il modo di applicarla al cibo resta un’approssimazione di cui la confezione non dice nulla.
Perché la bomba sovrastima sempre
A sinistra il campione giace in una bomba d’acciaio immersa nell’acqua: al lampo una fiamma gli si spande intorno, l’acqua gorgoglia lungo le pareti e la colonna del termometro sale esattamente quanto consente il calore liberato per la quantità d’acqua versata nella camicia. A destra la stessa cosa è scomposta in due colonne: il calore di combustione totale e la parte che i fattori di Atwater attribuiscono a una persona, e per le proteine e la frutta secca il divario salta subito all’occhio. Cambiate la massa del campione e la quantità d’acqua: l’energia non dipende dall’acqua, ma l’aumento di temperatura sì, e molto, e in questo sta tutto il trucco della misura.
02 · Conversione
energia · piatto · movimentoUn’energia in tre conversazioni
La prima scheda distribuisce il numero inserito fra le unità di energia. La seconda lo traduce in cibo: quanti grammi di grassi, zucchero o proteine sono e quale quota della razione quotidiana. La terza risponde alla domanda che si fa più spesso di tutte — quanto bisogna muoversi per consumarlo.
Una regola da ricordare: una chilocaloria è poco più di quattro chilojoule, e un chilojoule circa un quarto di chilocaloria.
Le righe sul movimento sono calcolate per una persona di settanta chilogrammi e valgono solo per l’ordine di grandezza: il consumo dipende dalla massa, dall’allenamento e dal ritmo, e parte di ciò che si mangia il corpo lo spende nella digestione stessa. La precisione qui è illusoria, e arrotondare questi numeri ai decimi non ha senso.
| Grandezza | Valore | Nota |
|---|---|---|
| {k} | {v} | {note} |
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04 · Strumenti di misura
calorimetro a ghiaccio · bomba · camera · mascheraQuattro modi di catturare il calore
Uno strumento la cui misura era il ghiaccio
Lavoisier e Laplace posero una sorgente di calore in una cavità circondata di ghiaccio e, al posto di un termometro, pesarono l’acqua che colava dall’involucro in fusione, poiché la fusione di ogni grammo di ghiaccio richiede un calore rigorosamente determinato. In questa macchina, nell’inverno del millesettecentottantadue, tennero una cavia per sapere quanto calore sviluppa la respirazione di un essere vivo, e ottennero un valore vicino al calore di combustione del carbone di legna — da qui la visione della respirazione come combustione lenta.
Una bomba d’acciaio in un secchio d’acqua
Un campione di una frazione di grammo viene acceso da un filo dentro un recipiente a pareti spesse pieno di ossigeno puro, e tutto il calore liberato passa nell’acqua circostante, la cui temperatura si legge al millesimo di grado. Lo strumento non sa che cosa sia stato bruciato — biscotto, carbone o carta — e perciò dà il calore di combustione totale, quello che una persona non riceve mai per intero. La costante del calorimetro si determina in anticipo con l’acido benzoico, il cui calore di combustione è preso come riferimento.
Una stanza che misura una persona
Atwater costruì una camera a tenuta stagna in cui un volontario viveva per giorni, e misurava tutto: ciò che era mangiato, espirato, escreto e il calore emesso. Proprio da questi esperimenti vennero i fattori quattro, nove e quattro, e insieme la prima conferma affidabile che la legge di conservazione dell’energia vale anche nell’uomo. Le camere di oggi fanno lo stesso, ma contano l’energia non dal calore bensì dallo scambio gassoso, perché il rapporto fra ossigeno assorbito e anidride carbonica espirata rivela che cosa l’organismo sta bruciando in quel minuto.
Un braccialetto che non misura nulla
Un fitness tracker non vede né ossigeno né calore; legge il polso e le accelerazioni e li inserisce in una regressione costruita su altre persone, così che il suo numero non è una misura ma una stima con una dispersione di decine di punti percentuali. I confronti con la camera respiratoria mostrano che questi dispositivi colgono discretamente la frequenza cardiaca e male il consumo energetico, e l’errore cresce proprio dove all’utente interessa di più: nel lavoro di forza e a riposo. Conviene usarli come una bilancia che mostra una tendenza, non come uno strumento.
05 · Regole di scrittura
cal e Cal · kcal · kJ affiancatiUna lettera che vale mille
Quasi tutti gli errori qui nascono dal confondere la piccola caloria con la chilocaloria, e in un testo sulla nutrizione un refuso simile costa tre ordini di grandezza.
La prima e la quarta riga confondono la piccola caloria con la chilocaloria e promettono così che una mela scalderà di un grado cinquantadue grammi d’acqua, mentre in realtà ne scalderà cinquantadue litri. La seconda è ambigua già nella grafia, per cui in un testo scientifico è meglio non usare affatto la maiuscola Cal. La terza risparmia sul fattore proprio dove si nota: arrotondare a quattro virgola due aggiunge un terzo di punto percentuale, e nel bilancio di un grande studio una simile inezia riaffiora. La quinta storpia un simbolo che si scrive minuscolo e senza punto, e la sesta unisce entrambi i mali, promettendo all’alimento il potere calorifico della carta bagnata.
06 · Unità vicine
joule · chilowattora · British thermal unitTutti i vicini della caloria sono la stessa energia, solo misurata per scopi diversi: il joule è uscito dalla meccanica, il chilowattora dal contatore elettrico, la British thermal unit dal riscaldamento e la caloria dall’esperimento con l’acqua. Fra loro non ci sono che fattori, e solo le abitudini di un settore li distinguono.
L’unità del sistema attraverso cui oggi la caloria è definita: il lavoro di una forza di un newton lungo un metro, che è anche calore, che è anche l’energia di un elettrone in un campo.
L’unità del contatore: contiene tanta energia quanto tre pranzi abbondanti, e il paragone fa rinsavire chiunque lo faccia per la prima volta.
Esattamente la stessa idea della caloria, ma con una libbra d’acqua e un grado Fahrenheit; vive nelle schede tecniche di condizionatori e caldaie.
Fra le schede di Simetrium, accanto stanno chilowattora e cavallo vapore: entrambe sono nate non dalla teoria ma dal commercio — l’una per la bolletta elettrica, l’altra per spiegare il vantaggio della macchina a vapore —, ed entrambe, come la caloria, sono sopravvissute al sistema che doveva sostituirle.
07 · Sezione storica
archivio · dal calorico all’etichettaCome una sostanza scomparsa è rimasta sulla confezione
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Per i grassi il divario è piccolo, per le proteine arriva a un terzo, e alla fibra le norme europee attribuiscono esattamente metà di ciò che cede al fuoco.
Un’unità senza campione e senza pretese di precisione
La caloria non ha e non può avere un campione, perché fin dall’inizio non è una grandezza autonoma ma il joule su un’altra scala, e tutto ciò che si può verificare sono gli strumenti che misurano il calore. La bomba calorimetrica si verifica con l’acido benzoico, la camera respiratoria bruciandovi dentro una quantità nota di alcol, ma il numero in confezione non lo verifica nessuno, perché è calcolato, non misurato.
Da qui lo strano stato dell’unità. In fisica è stata soppiantata del tutto: i calcoli termici si fanno in joule, e la caloria sopravvive solo in vecchie tabelle e nella definizione della tonnellata di TNT, pari per convenzione a un miliardo di calorie esatte. Nella nutrizione, invece, resiste come poche, perché numeri nell’ordine dei quattro chilojoule suonano estranei, mentre l’ordine dei «duemila al giorno» si è radicato nell’uso quanto il grado Celsius.
Basta ricordare che la precisione di questi numeri non è quella che sembra. La legge ammette uno scostamento di un quinto fra il valore energetico reale e quello dichiarato, la composizione varia da un lotto all’altro, i fattori di Atwater sono mediati su tutti gli alimenti insieme, e l’assorbimento dipende anche dal fatto che il cibo sia sminuzzato o no e da ciò che si mangia insieme. L’unità non c’entra: conta i joule onestamente, ma l’aritmetica che la applica resta un’approssimazione, e aspettarsi da essa una terza cifra è come misurare la statura dall’ombra.
Catalogo delle grandezze
energia, calore e metabolismoUnità di base del SI
evidenziati il chilogrammo, il metro e il secondo — di essi è fatto il jouleCiò che c’è nel piatto e quanto costa in movimento
tutte le colonne sono calcolate dalla composizione, non scritte a mano| Porzione | kcal | kJ | Quota | Camminata | Corsa |
|---|---|---|---|---|---|
| {name} | {kcal} | {kj} | {share} | {walk} | {run} |
Le ultime due colonne spiegano perché il conto «mangiarlo e smaltirlo» non torna quasi mai: mille chilocalorie si mangiano in dieci minuti, ma consumarle col movimento richiede diverse ore, e così alimentazione e lavoro fisico sono incomparabili per velocità, pur misurandosi con la stessa unità. Inoltre a riposo il corpo spende da sé la maggior parte dell’energia quotidiana, per respiro, circolazione e mantenimento della temperatura, sicché il movimento vi aggiunge meno di quanto si pensi.