一種物理量，七種名稱
能量是單一的物理量，但幾乎沒有任何行業用國際單位制 (SI) 單位來測量它。物理學使用焦耳；營養學使用大卡；美國供暖和空調行業使用英熱單位 (BTU)；電費帳單使用千瓦時；天然氣帳單使用瑟姆或日益普遍的千瓦時。這些單位都沒有錯誤，在一個單位有定義的與焦耳的比率時，兩單位之間的轉換是精確的——但並非全部都有，因為「卡路里」一詞隱藏了三種不同的定義。
焦耳：沒有人用它計費的 SI 單位
焦耳 (J) 是國際單位制的能量單位，定義為一牛頓力施加於一公尺距離上，或等價地一瓦特持續一秒鐘。它是本文每項條目都轉換回的單位，也是幾乎沒有任何面向消費者的帳單或食品標籤直接使用的單位，因為焦耳很小：典型成人的日常食物能量攝取量約為 2,000 大卡，相當於約 8.4 百萬焦耳。
卡路里問題：一個詞，三種定義
「卡路里」實際上是一個單位族，最初都定義為將約一克水溫度升高一攝氏度所需的能量，但因為水的熱容量本身隨溫度和壓力略有不同，所以被標準化為三個略有不同的精確值：
| 定義 | 精確值 | 使用場景 |
|---|---|---|
| 熱化學卡 (calth) | 4.184 J（精確） | 化學和熱力學；食物大卡的基礎 |
| 國際蒸汽表卡 (calIT) | 4.1868 J（精確） | 蒸汽表、工程傳熱參考資料 |
| 15°C 卡 | ≈4.1855 J（測量值，不是定義的精確值） | 較舊的物理和量熱學文獻 |
三者中最大和最小之間的差異很小，約 0.03%，這就是為什麼在休閒場景下可以將「卡路里」視為一個單位。但它並非如此：化學家的卡路里和工程師的蒸汽表卡是兩個不同、各自獨立固定的常數，只是碰巧極為接近。
食物大卡：另一個名稱的千卡
營養標籤上的「大卡」（按慣例用大寫字母區分，儘管標籤很少這樣做）是 1,000 個熱化學卡，即一千卡：1 大卡 = 1 千卡 = 4,184 J（精確）。營養科學採用了熱化學基礎而非國際蒸汽表基礎，因為食物能量測量源於 19 到 20 世紀初的量熱學和化學，而非蒸汽工程。因此食品標籤上的「250 大卡」是 250 × 4,184 J = 1,046,000 J，幾乎正好是 1.05 MJ。
英熱單位：具有相同分裂的卡路里的英制孿生兄弟
英熱單位 (BTU) 繼承了與卡路里相同的分裂，因為它最初也是用相同方式定義的，大約為將一磅水溫度升高一華氏度所需的能量，並根據所使用的水溫度參考和國際單位制轉換路徑，標準化為略有不同的精確值：
| 定義 | 精確值 | 使用場景 |
|---|---|---|
| 英熱單位（國際蒸汽表，BtuIT） | 1,055.05585262 J（精確） | HVAC 評級、大多數現代美國工程參考資料 |
| 英熱單位（熱化學） | 1,054.35026… J | 化學和熱力學參考資料 |
| 英熱單位（59°F） | 1,054.804 J | 美國天然氣帳單，通過美國瑟姆（下方） |
一台美國空調標有「12,000 BTU」（在 HVAC 自己分開且無關的「噸」用法中的「1 噸」單位，用於冷卻容量）是指每小時 12,000 BtuIT：12,000 × 1,055.05585262 J = 每小時 12,660,670 J，或 3.517 kW——一次值得進行的轉換，因為全球 HVAC 設備越來越多地同時用 BTU/h 和瓦特進行評級。
千瓦時：唯一精確的 SI 倍數
千瓦時根本不需要單獨定義：它是 1,000 瓦特持續 3,600 秒，所以 1 千瓦時 = 3,600,000 J = 3.6 MJ（精確），在整個過程中都沒有四捨五入或歷史歧義。它之所以保留在電費帳單上，並不是因為它是 SI 最乾淨的選擇——焦耳才是——而是因為焦耳對家庭計費來說是太小的單位：典型美國家庭每天使用約 30 千瓦時，即 108,000,000 J，是一個不易於在發票上印刷的龐大數字。
瑟姆：美國和英國版本不同，鮮為人知
瑟姆定義為 100,000 BTU，並繼承了 BTU 的分裂，大多數用戶未曾注意到。美國瑟姆，由美國能源部和天然氣公用事業使用，定義為 100,000 × Btu(59°F) = 105,480,400 J（精確）。英國瑟姆，在英國天然氣計費改用千瓦時之前通過法律規定，定義為 100,000 × BtuIT ≈ 105,505,600 J。兩個瑟姆相差約 0.02%，對任何實際目的而言微不足道，但這是本網站習慣單位中的相同模式：兩個當局從兩個略有不同的基本常數定義「相同的」單位，產生兩個數字足夠接近以至於不被注意，又足夠相距以至於實際上並不相等。英國家庭天然氣帳單從 1990 年代開始大多從瑟姆改為千瓦時，隨著公制天然氣表的推廣；美國天然氣行業今天仍然以瑟姆計費。
全部七個，轉換為焦耳
| 單位 | 焦耳值 | 典型用途 |
|---|---|---|
| 焦耳 (J) | 1（SI 基礎） | 物理、工程計算 |
| 熱化學卡 | 4.184 | 化學 |
| 食物大卡 (千卡) | 4,184 | 營養標籤 |
| 英熱單位（國際蒸汽表） | 1,055.05585262 | 美國 HVAC 評級 |
| 千瓦時 (千瓦時) | 3,600,000 | 全球電費帳單 |
| 美國瑟姆 | 105,480,400 | 美國天然氣計費 |
| 英國瑟姆 | ≈105,505,600 | 歷史性英國天然氣計費（前千瓦時時代） |
為什麼每個行業都保留了自己的單位
這些都不是偶然倖存的。化學家保留了卡路里是因為反應能量資料可追溯至超過一個世紀，都列表在其中。美國 HVAC 保留了英熱單位是因為設備評級、管道安裝尺寸圖表和建築法規都用它來編寫，改變意味著重新認證數十年的硬件文檔，不僅僅是重新貼標籤規格表。公用事業保留了千瓦時是因為儀表已經製造成可以直接、廉價地讀取瓦時，數十年之前任何人向客戶收費「百萬焦耳」會有意義。能量單位碎片化是已裝機基礎和法定計量的碎片化，不是物理的碎片化——在這些數字下面的焦耳在每一個中都是相同的焦耳。