Dato che ogni forma di energia è, almeno in linea di principio, convertibile nelle altre, il Sistema Internazionale ha definito per l’energia una sola unità di misura, il joule (J). Un joule corrisponde all’energia cinetica posseduta da un corpo con massa di 2 kg che si muove alla velocità di 1 m/s ed equivale più o meno all’energia che si deve spendere per spostare questo libro dalla sedia al tavolo. Si tratta quindi di una quantità relativamente piccola, tanto che si usa molto spesso un suo multiplo, il kilojoule (kJ). Oltre al joule vengono ancora utilizzate, per lo più in campi specifici, altre unità di misura. Per valori di energia molto piccoli, come per esempio nel caso delle energie di ionizzazione, si può usare l’elettronvolt. Per indicare invece valori molto grandi di energia, come per esempio il fabbisogno energetico di uno Stato, si può usare una unità di misura molto grande, il Tep (tabella ► 1).

Per misurare il calore liberato o acquistato nel corso delle reazioni chimiche si usano apposite apparecchiature chiamate calorimetri. Queste apparecchiature consentono di effettuare una reazione chimica in condizioni che simulano con buona approssimazione un sistema isolato. Un tipo specifico di calorimetro, particolarmente adatto per la determinazione del calore liberato nelle reazioni di combustione, è la cosiddetta bomba calorimetrica (figura ►14).

La reazione avviene in un recipiente ermeticamente chiuso (A) e il calore liberato scalda una quantità nota di acqua distillata (B) e il calorimetro stesso; il calore assorbito dall’acqua si calcola con la seguente espressione:

Il calore specifico indica la quantità di calore che 1 kg di materiale deve acquistare per aumentare la sua temperatura di 1 °C (tabella ►2). Il calore specifico dell’acqua vale 4,184 kJ/(kg ∙ °C). Alla quantità di calore assorbita dall’acqua occorre aggiungere anche il calore assorbito dal calorimetro. Per ottenere questo valore occorre conoscere la capacità termica del calorimetro, cioè la quantità di calore necessaria per innalzare di 1°C la sua temperatura.

La quantità di energia così ottenuta corrisponde, in base al principio di conservazione dell’energia, al calore sviluppato dalla reazione di combustione. 

Nella vita quotidiana le reazioni di combustione assumono grande rilevanza perché servono a produrre l’energia necessaria per gli usi domestici e per le attività industriali (figura ►15).

La quantità di calore liberata in una combustione è direttamente proporzionale alla quantità di materiale che viene trasformato. Se infatti si bruciano 100 g di carbonella, si ottiene una certa quantità di calore ed è logico supporre che bruciandone 200 g dello stesso tipo se ne ottenga il doppio. È opportuno quindi conoscere ed esprimere il valore dell’energia prodotta in rapporto alla quantità di materia trasformata. Per questo motivo è stato definito il potere calorifico, cioè il calore sviluppato da 1 kg o da 1 m³ di combustibile. Normalmente per i combustibili solidi e liquidi ci si riferisce alla massa mentre per quelli gassosi è più comodo riferirsi al volume (tabella ►3).

Da un punto di vista strettamente energetico l’uomo è una macchina che brucia «combustibili» per ottenere l’energia che gli serve per la sua vita biologica. Per un lungo periodo della sua storia, la preoccupazione principale degli esseri umani è stata proprio quella di procurarsi il cibo necessario per vivere. Oggi per fortuna non è più così, perlomeno per molti di noi, ma il cibo è ancora indispensabile: l’energia per muoversi e compiere tutte le attività in cui è richiesto l’uso dei muscoli e anche quelle in cui prevale l’attività intellettuale deriva sempre e solo dalla alimentazione.

Sappiamo che tutte le sostanze contengono energia chimica, ma si chiamano alimenti solo quei materiali che il «motore umano» è in grado di trasformare chimicamente per ricavarne l’energia di cui ha bisogno.

Le sostanze presenti negli alimenti che possono fornire energia per la vita degli esseri umani sono i glucidi o carboidrati, i lipidi o grassi e i protidi o proteine. Molti alimenti contengono in diversa percentuale tutti questi principi nutritivi; alcuni invece, come l’olio d’oliva e lo zucchero, sono costituiti praticamente da un unico principio nutritivo. La figura ►16 mostra tre gruppi di alimenti che contengono prevalentemente glucidi o lipidi o protidi. 

Ogni principio nutritivo ha il suo potere calorifico, cioè l’ammontare di energia che può fornire quando viene ingerito e quindi trasformato dall’organismo (tabella ►4). 

Per il nostro fabbisogno energetico è preferibile ricorrere agli alimenti che contengono prevalentemente glucidi e lipidi. Anche i protidi possono fornire energia, ma la loro funzione principale è «plastica»: ciò significa che il nostro organismo ha bisogno di protidi soprattutto per trarne le sostanze che servono per la costruzione di nuove cellule, gli amminoacidi.

Oggi sulla confezione di molti prodotti alimentari si possono leggere i valori delle quantità di lipidi, protidi e glucidi presenti nelle singole porzioni o in 100 g di alimento e il corrispondente valore energetico (figura ►17).  Nella tabella ►5 è riportato il valore energetico di alcuni alimenti.

In ogni caso siamo in grado di calcolare il contenuto energetico di una qualunque porzione di alimento conoscendone la composizione percentuale dei tre principi nutritivi.