焦耳在1840~1848年间做了大量实验,测定了热与多种能量的相互转化时的严格的数量关系。以往热的单位是cal(卡),功以erg(尔格)为单位,焦耳的实验结果为1cal=4.184×10^7erg,这就是著名的热功当量。此后,更准确地测定为4.184×10^7erg,即4.184J(焦耳)。焦耳实验表明,自然界的一切物质都具有能量,它可以有多种不同的形式,但通过适当的装置,能从一种形式转化为另一种形式,在相互转化中,能量的总数量不变。能量守恒转换定律的建立,对制造永动机的幻想作了最后的判决,因而热力学第一定律的另一种表述为:“不可能制造出第一类永动机”。由此可见,热力学第一定律就是涉及热现象领域内的能量守恒和转化定律。