Нагреть тело можно, не только подведя к нему некоторое количество теплоты
, но и совершив над ним механическую работу. Самый простой опыт, подтверждающий этот факт, известен человечеству с незапамятных времен — озябшие пальцы рук можно потереть друг о друга. Огонь добывали трением не только наши далекие предки, но и мы с вами используем именно трение, чиркая спичкой о коробок или поворачивая рифленое колесико зажигалки, заставляя его тереться о кремень. Во «Введении» мы рассмотрели опыты Румфорда и Дэви, а в § 4 убедились, что, сжимая газ, т. е. совершая механическую работу, мы можем увеличить его температуру. Впрочем, и сам газ, расширяясь, совершает работу над внешним телом, например, поднимает поршень. Температура газа при этом может понизиться. Если изменение температуры тела связано с работой, то, следовательно, оно связано и с изменением энергии — при увеличении температуры энергия тела (системы) увеличивается, потому что работу совершают над телом, при уменьшении температуры энергия тела уменьшается — оно само совершает работу. Таким же образом изменяется энергия тела и при теплообмене — увеличивается при нагревании тела, уменьшается при охлаждении. В обоих случаях — и при совершении работы, и при теплообмене механическая энергия нагреваемого (или охлаждаемого) тела может и не меняться. Изменяется внутренняя энергия тела. Внутренней энергией будем называть всю энергию, содержащуюся в теле, за исключением кинетической энергии его движения и потенциальной энергии его взаимодействий с другими телами. Джоуль провел еще несколько опытов. Он, например, измерял температуру воды у подножия водопада и наверху и определял механический эквивалент теплоты, рассчитывая работу силы тяжести при падении воды. Он, вращая проволочную катушку в магнитном поле, получал индукционный ток и нагревал этим током воду, измеряя работу с помощью падающих гирь, как и в первом описанном нами опыте. Результаты, в пределах небольшой ошибки измерений, всегда были одинаковыми.
Измеряя работу электрического тока, полученного от гальванической батареи, и количество тепла, выделявшегося при прохождении тока по проводнику, Джоуль обнаружил, что и здесь эквивалентность теплоты и работы не нарушается. И еще один замечательный вывод сделал Джоуль из своих опытов: «Ежели включить электромагнитный двигатель (т. е. электрический двигатель. — А. Д.) в цепь батарей, то должно последовать уменьшение выхода тепла... и притом пропорционально полученной механической мощности».