一个量纲，七个名字
能量是一个单一的物理量，但几乎没有行业用SI单位来测量它。物理学使用焦耳；营养学使用卡路里；美国供暖和空调使用英热单位；电费账单使用千瓦时；天然气账单使用赛姆，或越来越多地使用千瓦时。这些单位中没有一个是错的，在一个单位具有到焦耳的定义比率的地方，它们之间的转换是精确的——并非所有情况都是如此，因为"卡路里"一词隐含了三个不同的定义。
焦耳：没有人用来计费的SI单位
焦耳（J）是能量的SI单位，定义为一牛顿的力作用在一米距离上，或等价地一瓦特持续一秒。它是本文中其他每个条目都转换回去的单位，也是几乎没有面向消费者的账单或食品标签直接使用的单位，因为焦耳很小：典型成人的日常食物能量摄入约为2,000卡路里，约为8.4百万焦耳。
卡路里问题：一个词，三个定义
"卡路里"实际上是一个单位族，最初都定义为大约将一克水升高一度摄氏度所需的能量，但在三个略微不同的精确值处进行了标准化，因为水本身的热容量随温度和压力略微变化：
| 定义 | 精确值 | 使用场所 |
|---|---|---|
| 热化学卡路里（calth） | 4.184 J（精确） | 化学和热力学；食物卡路里的基础 |
| 国际蒸汽表卡路里（calIT） | 4.1868 J（精确） | 蒸汽表、工程传热参考资料 |
| 15°C卡路里 | ≈4.1855 J（测量值，非定义的精确值） | 较早的物理和热量测定文献 |
三者中最大和最小之间的差距很小，约为0.03%，这就是为什么在日常使用中能够把"卡路里"视为一个单位。但事实并非如此：化学家的卡路里和工程师的蒸汽表卡路里是两个不同的、独立固定的常数，碰巧非常接近。
食物卡路里：另一种名称的千卡
营养标签上的"卡路里"（通常用大写字母来区分，虽然标签很少这样做）是1,000个热化学卡路里，即一千卡：1 Cal = 1 kcal = 4,184 J（精确）。营养科学采用了热化学基础，而非国际蒸汽表基础，因为食物能量测量源于19世纪和20世纪初的热量测定和化学，而不是蒸汽工程。因此，食品标签上的"250卡路里"是250 × 4,184 J = 1,046,000 J，几乎恰好是1.05 MJ。
英热单位：卡路里的英制孪生单位，具有相同的分裂
英热单位继承了卡路里相同的分支，因为它最初定义的方式相同，即大约是将一磅水升高一度华氏温度所需的能量，并根据使用的水温参考点和SI转换路径在略微不同的精确值处进行了标准化：
| 定义 | 精确值 | 使用场所 |
|---|---|---|
| 英热单位（国际蒸汽表，BtuIT） | 1,055.05585262 J（精确） | HVAC等级、大多数现代美国工程参考资料 |
| 英热单位（热化学） | 1,054.35026… J | 化学和热力学参考资料 |
| 英热单位（59°F） | 1,054.804 J | 美国天然气计费，通过美国赛姆（见下文） |
美国空调的额定值为"12,000英热单位"（在HVAC中是"1吨"单位，用于冷却容量的独立和无关的用法）意味着每小时12,000 BtuIT：12,000 × 1,055.05585262 J = 12,660,670 J每小时，或3.517 kW——这是一个值得做一次的转换，因为全球HVAC设备越来越多地同时以英热单位/小时和瓦特额定。
千瓦时：唯一的精确SI倍数
千瓦时根本不需要单独的定义：它是1,000瓦特持续3,600秒，所以1 kWh = 3,600,000 J = 3.6 MJ（精确），在链的任何地方都没有舍入或历史歧义。它在电费账单上的存在不是因为它是SI最清洁的选择——焦耳才是——而是因为焦耳对于家庭计费来说太小了：典型的美国家庭每天使用约30 kWh，即108,000,000 J，这是一个在发票上打印时很难处理的数字。
赛姆：美国和英国版本悄悄不同
赛姆的定义是100,000英热单位，继承了英热单位的分裂，大多数用户没有注意到。美国赛姆由能源部和燃气公司使用，定义为100,000 × Btu(59°F) = 105,480,400 J（精确）。英国赛姆在英国天然气计费改用千瓦时前在法律中确定，定义为100,000 × BtuIT ≈ 105,505,600 J。两个赛姆相差大约0.02%，对任何实际目的来说都微不足道，但这是本网站整个习用单位中看到的相同模式：两个权威机构从两个略微不同的基本常数定义"相同"单位，产生两个数字足够接近以至于不被注意，但又足够远离以至于实际上不相等。英国家庭燃气账单从20世纪90年代开始，随着米制燃气表，在很大程度上从赛姆转向千瓦时；美国燃气行业至今仍以赛姆计费。
全部七个，转换为焦耳
| 单位 | 焦耳中的值 | 典型用途 |
|---|---|---|
| 焦耳（J） | 1（SI基础） | 物理学、工程计算 |
| 热化学卡路里 | 4.184 | 化学 |
| 食物卡路里（kcal） | 4,184 | 营养标签 |
| 英热单位（国际蒸汽表） | 1,055.05585262 | 美国HVAC等级 |
| 千瓦时（kWh） | 3,600,000 | 全球电费账单 |
| 美国赛姆 | 105,480,400 | 美国天然气计费 |
| 英国赛姆 | ≈105,505,600 | 历史上英国天然气计费（千瓦时前） |
为什么各行业保持自己的单位
这些都不是偶然存活下来的。化学家保持卡路里是因为去回溯超过一个世纪的反应能量数据都用它制成的表。美国HVAC保持英热单位是因为设备等级、风管尺寸表和建筑规范都是用它写的，转换将意味着重新认证数十年的硬件文档，而不仅仅是重新标记规格表。公用事业保持千瓦时是因为仪表早已被设计为直接、廉价地读取瓦时，这是在任何人以"兆焦耳"计费对客户有意义之前的数十年。能量中的单位碎片化是已安装基础和法定计量的碎片化，而不是物理学的碎片化——这些数字中每一个下面的焦耳都是同一个焦耳。