เปิดประตูสู่การรวมเป็นหนึ่งของพลังงาน
ก่อนกลางศตวรรษที่ 19 ผู้คนทั่วไปเชื่อว่า "ความร้อน" เป็นสสารชนิดหนึ่งที่เรียกว่า "แคลอริก" และการเคลื่อนที่เชิงกลไม่มีความเกี่ยวข้องใด ๆ กับมัน อย่างไรก็ตาม เจมส์ เพรสคอตต์ จูลได้ล้มล้างสมมติฐานนี้อย่างสิ้นเชิงผ่านการทดลองที่ rigorous ต่อเนื่องยาวนานถึง 40 ปี สิ่งที่เขาค้นพบหลักคือ:งานและความร้อนมีผลเทียบเท่ากันอย่างสมบูรณ์ในการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบ
การทดลองหลักสองประการของ Joule
- การทดลองที่ 1: การแปลงพลังงานกลโดยตรง: ดังแสดงในรูป 3.1-1 ในภาชนะที่หุ้มฉนวน น้ำหนักที่ตกลงมาทำงานผ่านใบพัดกวน Joule พบว่า ตราบใดที่ระยะที่น้ำหนักตกลงมาเท่ากัน อุณหภูมิของน้ำที่เพิ่มขึ้น $\Delta T$ จะสอดคล้องกันอย่างสมบูรณ์ สิ่งนี้พิสูจน์ว่างานสามารถให้ผลได้เหมือนกับการถ่ายโอนความร้อนอย่างสมบูรณ์.
- การทดลองที่ 2: ความหลากหลายของเส้นทางการแปลง: ดังแสดงในรูป 3.1-2 น้ำหนักที่ตกลงมาขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้ผลิตกระแสไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าปล่อยความร้อนผ่านลวดต้านทาน แม้ว่าจะผ่านการแปลงที่ซับซ้อน "พลังงานกล→พลังงานไฟฟ้า→พลังงานภายใน" แต่ความสัมพันธ์เชิงปริมาณของการแปลงพลังงานก็ยังคงมั่นคง
ความยิ่งใหญ่ของ Joule อยู่ที่เขาไม่เพียงแต่สังเกตปรากฏการณ์เหล่านี้เท่านั้น แต่ยังวัด "สมมูลเชิงกลของความร้อน" ผ่านการทดลองซ้ำหลายพันครั้ง นั่นคือ ต้องทำงานกี่ joule (J) จึงจะผลิตความร้อนได้ 1 แคลอรี (cal) สิ่งนี้วางรากฐานเชิง実験ให้กับกฎการอนุรักษ์พลังงานในการก้าวจากการคิดเชิงปรัชญาสู่กฎทางฟิสิกส์ที่รัดกุม