能量守恒和轉化定律是誰發現的？

《論熱的機械當量》是1849年焦耳在英國皇家學會發表的一篇著名論文。在這篇論文中，焦耳以他各種實驗結果的精確一致性，為能量守恒和轉化定律建立了無可辯駁的堅實實驗基礎和理論基礎。能量守恒和轉化定律是自然界最基本的規律，深刻地反映了世界的物質性和物質運動的統一性，它的發現被稱為是19世紀的三大科學成就之一。

最早公布能量守恒和轉化定律的是德國青年醫生邁爾。1814年，邁爾出生于德國，1840年他在一艘遠洋海輪上當船醫，船從荷蘭駛往東印度。船在熱帶的爪哇停留時，他給當地人看病。

當邁爾從病人身上抽取出血液時，奇怪地發現，患者的靜脈血要比在歐洲見到的病人的靜脈血顏色紅亮得多。邁爾猜想，動物體溫是由氧化過程產生的熱，由于熱帶炎熱，那么人的體溫只需要從食物中吸取少量的熱即可維持，因此食物氧化作用減弱，剩下多余的氧留在靜脈血里，血紅素結合了氧就顯得紅亮了。據此，邁爾認為，人的體溫是由食物化學能轉化來的。他進一步認為，人體動力也就是肌肉機械做功的能量，也來源于食物化學能；熱能和機械能加在一起的總量，應該等于食物化學能。

在航行期間，邁爾聽船員說：“暴風雨來時，海水溫度比平時要高一點。”邁爾認為這應該是機械能轉化為熱能的緣故。

1841年，邁爾隨船回國后，寫成論文《論力的量和質的量的測定》。在這篇論文里，他提出了熱是運動的觀點，說明了熱是由運動轉化來的，并闡述了能量守恒和轉化方面的見解。他把論文投給德國的權威刊物《物理學和化學年鑒》。由于當時理論界受熱質說的影響，都相信熱是物質而不是運動，因此不承認邁爾的見解，拒絕發表。

后來，邁爾做了兩個實驗，一是把一塊與水溫相同的金屬，從高處落入水槽里，結果水的溫度升高了。二是用力搖動水槽，結果水溫也能升高。他還對實驗進行了定量測定。1842年，他又把自己的研究成果寫成論文《論無機界的力》，終于在德國的《化學與藥物雜志》上發表。

論文雖然發表了，但沒有受到人們的青睞，反而受到了不少嘲笑和攻擊，使邁爾患上了神經紊亂癥。

焦耳是第一個在廣泛的科學實驗的基礎上發現和證明能量守恒和轉化定律的人。

1840年，焦耳多次測量了電流的熱效應。焦耳發現，通電導體所產生的熱量，跟電流強度的平方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電的時間成正比。這就是著名的焦耳——楞次定律。

焦耳把自己的實驗成果寫成論文《論伏打電池所產生的熱》，提出熱是能的一種形式，電能可以轉化成熱能。但他的論文沒有受到重視，因而沒有發表。

為了進一步從實驗中證實自己的發現，焦耳又進行了各種實驗，探討各種運動形式之間的能量轉化關系。

1843年，焦耳根據實驗總結出《論水電解時產生的熱》，提出線路所需要的全部熱量正好等于電池內的化學變化所提供的熱量。在這一年內，他還測定出熱功當量為1卡等于460克米。

1843年8月，焦耳在皇家學會于柯克舉行的學術會議上宣讀了他的論文《論磁電的熱量效應和熱的機械值》。他介紹了自己的實驗，公布了熱功當量值，明確論述了能量守恒和轉化問題。他的論文雖然非常精彩，但大多數人對此持懷疑態度，有的權威更是不信任，甚至有些輕蔑。

多次打擊并沒有使焦耳泄氣，這個小小的釀酒師繼續從事自己的業余研究。1844年，他通過壓縮空氣升溫實驗，計算出熱功當量為1卡等于443.8克米。他又要求在皇家學會上宣讀自己的論文，卻遭到了拒絕。

焦耳仍堅持反復地做實驗。1847年，他測得的熱功當量為1卡等于427.4克米，已非常接近現在公認的1卡等于427克米。

1847年6月，焦耳要求在牛津大學舉行的學術會議上宣讀自己的論文，會議主席找借口不同意，在焦耳的再三要求下，只允許他說說要點。焦耳在會上介紹了自己的實驗，并闡明自己的觀點。大會主席不準備討論它。可是，已有較高學術地位的物理學家威廉·湯姆生，即凱爾文勛爵發現了焦耳理論和傳統理論的尖銳對立，激烈反對大會主席的決定，要求討論焦耳提出的理論，焦耳的理論這才引起重視。

1849年，由于大名鼎鼎的電學家法拉第的力薦，皇家學會發表了焦耳的論文《論熱的機械當量》。

焦耳從1840年起，用機械功生熱、電流生熱、壓縮氣體生熱等不同的做功方法，進行了400多次實驗，并以他各種實驗結果的精確一致性，為能量守恒和轉化定律建立了無可辯駁的堅實實驗基礎和理論基礎。

此外，英國律師、業余物理學家格羅夫也與焦耳大體同時發現了能量守恒和轉化定律。1842年，他在倫敦作了《關于自然界的各種力之間的相互關系》的講演，指出一切物理力：機械力、熱、光、電、磁，甚至還有化學力，在一定條件下都可以互相轉化，而不發生任何力的消失。1846年，他出版了《物理力的相互關系》。

德國物理學家和生理學家赫爾姆霍茨，通過運動熱的研究途徑，發現了能量守恒定律。他認為“自然力不管怎樣組合，也不可能得到無限的能量”,“一種自然力如果由另一種自然力產生時，其力的當量不變”。

總的來說，在發現和研究能量守恒和轉化定律的過程中，焦耳比其他人更顯得突出。一是他的發現具有熱能、電能、機械能等多種形式之間的相互轉化和廣泛的實驗基礎；二是他獲得了準確的熱力當量數值。因此，人們常常把焦耳當做發現能量守恒和轉化定律的代表人物。