四、焦耳設計了一個實驗裝置（如下圖）在絕熱容器內裝有水，容器外掛有2個重錘與容器內的葉片連接。利用2個重錘受重力作用下降時(重力對兩邊重錘皆有作功，即重錘損失重力位能），帶動容器內的葉片轉動，扇葉與容器中的水產生摩擦，使水溫度上升（水吸熱）。這個實驗證實重力所作的功與水所吸收的熱其實是相當的，也就是熱相當於作功的量，因此稱為「熱功當量」。也確認熱是能量的一種形式。1849 年焦耳提出能量守恆轉化定律：能量既不會憑空消失，也不會無中生有，它只能從一種形式轉化成另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體，而能的總量保持不變，奠定了熱力學第一定律(能量不滅原理)之基礎。
＜註＞熱功當量（J）：是指熱力學單位「卡」與作為功的單位「焦耳」 之間存在的一種當量關係。 亦即1卡＝4.2焦耳 或用 J＝4.18焦耳/卡