То, что возможно получить тепло за счет выполнения механической работы, с убедительностью было установлено еще опытами Бенджамина Румфорда и Хэмфри Дэви, произведенными в конце XVIII века. Эти опыты свидетельствовали, что тепловая и механическая энергия – одно и то же. Что, вероятно, экспериментально можно найти механический эквивалент теплоты, то есть определить количество работы в механических единицах, эквивалентное тому же количеству теплоты в тепловых единицах.
Эксперименты, в которых за счет механической энергии создавалась теплота, следовали один за другим. Среди ученых, успешно занимавшихся этой проблемой, конечно, первым следует назвать английского физика Джеймса Джоуля. Он выбрал целью своей жизни доказательство того, что теплота – это форма энергии.
Страсть к науке выдающегося физика-экспериментатора была беспредельной. Даже во время медового месяца он находил время для измерения температуры воды у вершины и подножия живописного водопада, около которого они с молодой женой жили. Он делал это для того, чтобы убедиться, что разность значений температуры воды соответствует закону сохранения энергии.
В 1845 году Джоуль точно измерил количество теплоты, получаемое при преобразовании механической работы в тепловую энергию, и уточнил результат, полученный ранее фон Майером. Таким образом, именно усилиями фон Майера и Джоуля было сделано открытие, принесшее первое экспериментальное доказательство кинетического характера тепла – этой некогда загадочной и таинственной субстанции. Это открытие дало возможность подтвердить переход одного вида энергии в другой. Но вопрос о приоритетном споре в этой сфере закрыт не был. Кроме этих двух ученых был еще и третий!
С утверждением, что энергия может переходить из одного вида в другой, в 1847 году выступил Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц, которого тоже называют среди тех, кто открыл закон сохранения энергии. В отличие от своих предшественников, Гельмгольц смог связать закон сохранения энергии с невозможностью существования вечного двигателя. Все виды сил (позднее получившие название видов энергии) Гельмгольц свел к двум большим типам: живым силам движущихся тел (кинетической энергии в современном понимании) и силам напряжения (тому, что мы сейчас называем энергией потенциальной). Гельмгольц сформулировал закон сохранения этих сил в следующем виде: «Во всех случаях, когда происходит движение подвижных материальных точек под действием сил притяжения и отталкивания, величина которых зависит только от расстояния между точками, уменьшение силы напряжения всегда равно увеличению живой силы, и наоборот, увеличение первой приводит к уменьшению второй. Таким образом, всегда сумма живой силы и силы напряжения постоянна». Звучит, конечно, довольно туманно, но при желании все же разобраться можно.
Гельмгольц был одним из самых знаменитых физиков второй половины XIX столетия, общепризнанным лидером