尽管如此，迈尔是科学史上第一个发表能量守恒和转化定律的人。
能量守恒和转化定律的发现
迈尔的经历说明，一个新的科学理论要冲破传统理论的束缚，是何等的艰难。然而，真理是压制不住的。就在迈尔苦于自己的理论得不到承认时，英国的焦耳正在进行同样的工作。
焦耳是第一个在广泛的科学实验的基础上发现和证明能量守恒和转化定律的人。
业余物理学家詹姆斯·焦耳，1818年12月24日生于英国曼彻斯特市郊，父亲开了一家酿酒厂，勉强维持家庭生活。焦耳和同龄人相比并不幸运，从小没有上过学，在父亲的酒坊里帮工。
在酒坊里，焦耳逐渐地对酿酒过程很感兴趣，便开始自学化学、物理学、数学。焦耳学习非常刻苦，除了参加酿酒劳动外，抓紧一切可以利用的时间努力学习，遇到不懂的问题便想方设法虚心请教。
通过别人的介绍，焦耳结识了当时的化学家道尔顿。这个很有影响的大化学家并没有看不起一个酒坊的帮工，而是耐心地解释他的疑难问题，并热情地鼓励他从事科学研究，敢于攀登科学高峰。
焦耳备受鼓舞，抓住一切机会向道尔顿请教，更加如饥似渴地学习。由于道尔顿没有那么多的时间去指导焦耳，因此焦耳在科学上是靠自学成功的。
迈尔发现能量守恒和转化定律，主要是用观察和思辨的方法，而焦耳主要用的是实验的方法。
由于焦耳没有脱离酿酒厂的劳动，因此他很早就认识到了准确测量的重要性。
1840年，焦耳多次测量了电流的热效应。焦耳以伏打电池为电源，多次进行通电导体发热的实验。他把通电金属丝放人水中，测出金属丝的电阻、电流强度、通电时间，并测出水的温度变化，还分别算出电流做了多少功。
经过多次测定，焦耳发现，通电导体所产生的热量，跟电流强度的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。这就是著名的焦耳定律。
在1842年，德国物理学家楞次也独立地发现了这一定律，故称焦耳一楞次定律。
焦耳把自己的实验成果写成论文《论伏打电池所产生的热》，提出热是能的一种形式，电能可以转化为热能。
焦耳的学术成果和迈尔的成果一样，没有受到应有的重视，遭到权威们的反对，使他的论文不能立即发表。
为了进一步从实验中证实自己的发现，焦耳又进行了各种实验，探讨各种运动形式之间的能量转化关系。
他的实验可分为四类：
1.将水放在与外界绝热的容器中，通过重物的下落带动桨状叶轮，叶轮搅动水，水温升高；2.以机械功压缩气缸里的气体，气缸浸在水中，水温亦升高；3.以机械功转动电机，电机产生的电流通过水中的线圈，水温升高；4.以机械功使两块在水面下的铁片互相摩擦，水温也升高。
1843年，焦耳根据实验总结出《论水电解时产生的热》，提出无论如何安排仪器，无论电解池装入线路的哪一部分，线路所需要的全部热量正好等于电池内的化学变化所提供的热量。
在这一年，焦耳完成了热功当量的测定，第一次算出的热功当量为卫卡等于460克米。
1843年8月，焦耳在皇家学会于柯克举行的学术会议上宣读了他的论文《论磁电的热量效应和热的机械值》。他介绍了自己的实验，公布了热功当量值，明确论述了能量守恒和转化问题。
他的报告的结论是：自然界的力量是不能毁灭的，哪里消耗了机械力，总能得到相当的热。
他的论文是非常精彩的，料想不到的是，并没有得到承认和赞誉，绝大多数人的态度是怀疑，许多权威对焦耳的观点极不信任，甚至是轻蔑的态度。
焦耳并没有因为权威们的轻蔑而泄气，继续从事自己的业余研究。1844年，焦耳做了压缩空气升温实验，计算出热功当量为1卡等于443.8克米。
他又要求在皇家学会宣读自己的论文，却遭到了拒绝。
焦耳仍然多次反复地做实验，1847年，焦耳做了迄今为止认为是最好的实验，就是在重物的作用下使转动着的桨和水摩擦而产生热。他还用鲸鱼油代替水进行实验。这时测得的热功当量为1卡等于427.4克米。现在公认的热功当量为1卡等于427克米。
可见，焦耳实验所达到的精确程度是罕见的。
1847年6月，焦耳要求在牛津大学举行的学术会议上宣读自己的论文。
但是会议主席认为他的论文水平低，以会议内容多为借口不让他宣读，在焦耳的再三要求下，只被允许说说要点。
焦耳在会上介绍了自己的实验，并阐明自己的观点。大会主席原来不准备讨论它。但已有较高学术地位的物理学家威廉·汤姆生，即凯尔文勋爵发现了焦耳理论和传统理论的尖锐对立，激烈反对大会主席的决定，焦耳的理论才引起人们的注意和争论。
1849年，由于大名鼎鼎的电学家法拉第的力荐，皇家学会才发表了焦耳的论文《论热的机械当量》。
这样，从1840年起，焦耳用机械功生热，电流生热，压缩气体生热等不同的做功方法，进行了40多次实验，并以他各种实验结果的精确一致性，为能量守恒和转化定律建立了无可辩驳的坚实的实验基础和理论基础。
英国律师、业余物理学家格罗夫也与焦耳大体同时发现了能量守恒和转化定律。
格罗夫1811年生于英国的斯旺西，是一位律师，工作之余进行物理学和化学方面的研究，曾在伏打电池的基础上发明电压比较高的“格罗夫电池”。
他从对电的研究中发现了能量守恒和转化定律。1842年，他在伦敦作了《关于自然界的各种力之间的关系》的讲演，指出一切物理力：机械力、热、光、电、磁，甚至还有化学力，在一定条件下都可以互相转化，而不发生任何力的消失。
1846年，他出版了《物理力的相互关系》。
马克思称赞格罗夫是当时最有哲学思想的科学家，恩格斯称赞格罗夫用物理学的方法充实和发展了笛卡尔的运动守恒定理。
德国物理学家和生物学家赫尔姆霍茨，通过动物热的研究途径，发现了能量守恒定律。他认为“自然力不管怎样组合，也不可能得到无限的能量”，“一种自然力如果由另一种自然力产生时，其力的当量不变。”
但赫尔姆霍茨把自然界的一切运动形式最终都归结为机械运动形式和机械力的守恒，用吸引和排斥对一切自然过程作力学解释，不免具有形而上学倾向。
另外，丹麦工程师柯尔丁等人也同时发现或接近发现能量守恒和转化定律。
19世纪40年代初发现的能量守恒和转化定律，是19世纪的三大科学成就之一。它被几个不同国家、不同职业的人大体同时发现不是偶然的。
19世纪中期，科学研究开始从18世纪的“搜集材料”阶段进入了“整理材料”阶段，是近代科学繁荣昌盛、茁壮成长的时期。技术和科学的相互促进，使得两者都得到了迅速的发展，从而产生了科学的大综合。
当然，在能量守恒定律刚提出时，人们的理解是有历史局限性的。
有些人用“力”代替“能”，把各种复杂运动归结为简单的机械运动和“某种力的作用”，从而称为“力的守恒定律”。
有些人只强调各种运动形式的能量按照一定的数量关系进行转化，即在量的不灭性，而没有说明在质上的永恒性上，忽视了一种运动形式向其他运动形式转化的无限能力。
1853年，汤姆生在焦耳的协助下，对能量守恒和转化定律作了完整的表述：
从量的方面说，宇宙间物质运动的能量的变化，是按照一定的数量关系有规律地进行的，一种运动形式的能量变化了，必然产生另一种运动形式的能量，而且两者在转化前后的总和不变。
从质的方面说，一切物质的运动形式可以相互转化，物质运动既不能被创造，也不能被消灭。
在发现和研究能量守恒和转化定律的过程中，焦耳和其他人相比更为突出，一是他的发现具有热能、电能、机械能等多种形式之间的相互转化的广泛的实验基础，二是他获得了准确的热功当量数值。因此，常常把焦耳当做发现能量守恒和转化定律的代表人物。
为了纪念这位杰出的物理学家，后人将功、能、热量的国际制单位命名为“焦耳”。
1焦耳等于1牛顿的力使物体在力的方向上移动1米所作的功。
1889年10月11日，焦耳逝世。
19世纪50年代，能量守恒和转化定律逐渐得到科学界的普遍承认。
能量守恒和转比定律是自然界最基本的规律，深刻地反映了世界的物质件和物质运动的统一性。
热力学第二定律
能量守恒和转化定律就是热力学第一定律，或者说热力学第一定律是能量守恒和转化定律在热力学上的表现。它指明热是物质运动的一种形式，物质系统从外界吸收的热量等于这个能的增加量和它对外所作的功的总和。
也就是说想制造一种不消耗任何能量就能永远做功的机器，即“第一种永动机”，是不可能的。
人们继续研究热机效率问题，试图从单一热源吸取能量去制作会永远做功的机器，这种机器并不违背能量守恒定律，只需将热源降温而利用其能量推动机器不断运转。
这种机器就是“第二类永动机”。然而这种机器屡遭失败，不能成功，这就需要从理论上进一步探索。
前面说过，卡诺已经接近发现了热力学第一定律和热力学第二定律，但他受热质说的影响，不能把它们表述出来。
1850年，德国物理学家克劳胥斯在研究卡诺理论的基础上，提出“一个自行动作的机器，不可能把热从低温物体传到高温物体中去”。这就是热力学第二定律的“克劳胥斯表述”。
1851年，英国物理学家威廉·汤姆生，即凯尔文勋爵也独立地从卡诺的工作中发现了热力学第二定律。
汤姆生，1824年生于英国贝尔发斯特城。父亲是皇家学院的数学教授，治学勤奋，对子女要求也很严格，1832年被聘到母校格拉斯哥大学任教，全家也迁往该城。
当这位新来的教授开始上第一堂课时，同学们发现教室多了两个漂亮的小男孩，也在津津有味地听着，他们就是8岁的汤姆生和他10岁的哥哥。
汤姆生10岁时，和哥哥正式进格拉斯哥大学预科学习，这可能是当时最小的大学生。汤姆生天资聪明，学习勤奋，表现出杰出的才能。15岁，他获得学校的物理学奖，第二年获天文学奖。17岁时，他在剑桥大学的数学杂志上发表了一篇论文，名震全校。
此后几年中，汤姆生发表了一连串的研究论文，内容包括数学、热力学和电学。
1846年，年仅22岁的汤姆生击败30多位教师候选人，获得了格拉斯哥大学的教授职位。
1847年6月，焦耳在牛津大学举行的学术会议上，阐明机械能可以定量地转化为热能，各种形式的能都可以相互转化。
汤姆生出席了这次会议，他也是传统的热质说的拥护者，认为能量不可能转化，准备反驳焦耳的观点。当焦耳用实验证明自己的观点后，汤姆生逐渐明白焦耳学说里包含的真理。
汤姆生改变初衷，不但不反驳，而且在会后和焦耳亲切地交谈起来，大有相见恨晚之意。
克劳塞在汤姆生传记中写道：“说来也怪有趣的，就是汤姆生在年轻时就碰到了两个大名鼎鼎的实验家：法拉第和焦耳，可是后来却只同其中之一的焦耳，成了最投机的同志。”
当时，汤姆生正在电磁理论边缘徘徊，和焦耳的一席交谈，使他把注意力转向了热力学研究，从而在物理学的另一个领域大放光彩。
1848年，汤姆生创立了绝对温标。这种温标以—273℃作为0°，用于热力学计算，故称热力学温标。现在公认的绝对0°是—273.15℃。
因为威廉·汤姆生在1892年被封为凯尔文勋爵，所以他创立的温标被称为开氏温标，简称K（因为凯尔文又译为开耳芬）。
1815年，汤姆生提出了一条新的普通原理：不可从单一热源吸取热量，使之完全变成有用的功而不产生其他影响。这就是热力学第二定律的凯尔文表述。
凯尔文表述揭示了热运动的自然过程是不可逆的，制造第二种永动机也是不可能的。
1852年，汤姆生和焦耳合作，发现了著名的汤姆生——焦耳效应：气体从高气压的空间经过多孔性物质流向低气压空间时，温度要降低，但氢气除外。
这个效应被广泛地用于获得低温的技术上。
1853年，汤姆生对能量守恒和转化定律做了完整的表述。
汤姆生还把热力学第一定律和热力学第二定律具体应用到热学、电学和弹性现象等方面，对热力学的发展起了很大作用。
热力学第二定律后来被归纳为三种表述形式：
1.热量总是从高温物体自动传到低温物体，不能作相反传递而不带来其他变化。
2.功可以全部转化为热，但任何热机不能全部地、连续不断地把所受的热量转变为功，人们无法制造第二种永动机。
3.在孤立系统中，实际发生的过程总是使整个系统的熵值增加，所以热力学第二定律又称“熵增加原理”。
克劳胥斯的推断
1865年，克劳胥斯引入了一个直接反映热力学第二定律的概念——熵，用它来表示某一种状态可能出现的程度。如果物体的温度为T，它的热量为Q，则熵S。=QT这里很显然地看出，同样大的能量，如果温度高，则熵大；温度低，则熵低。由于热量是从高温物体传向低温物体，因此，一个相对独立的系统总是要沿着熵增大的方向运动。
热机的工作也是熵增加的过程，当熵达到最大或可用的热能最小时，热机就不再做功了，整个系统能量守恒，处于热平衡状态。熵的概念说明了热学过程的不可逆性。
但是，克劳胥斯把热力学第二定律推广到无限的宇宙中去，得出了“热寂说”的结论。
1867年9月，克劳胥斯在第41届德国自然科学家和医生代表会上，做了题为《论热之唯动说的第二原理》的报告，稍后扩充为《论热力学第二原理》的著作。
在这部著作里，克劳胥斯认为，整个宇宙的运动逐渐地、更多地转变为热，热逐渐从较热的物体转移到较冷的物体，这样各个物体所存在的温度上的差别趋向平衡。
克劳胥斯进一步推断：“在所有一切自然现象中，熵的总值永远只能增加，不能减少，因此，对于任何时间、任何地点所进行的变化过程，我们就会得到这样一条简单规律，就是宇宙熵力图达到某一个最大的值。”
“宇宙越接近这个极限状态，就越消失继续变化的动力。最后，当宇宙达到这个状态时，就不可能发生任何大的变动。这时宇宙将处于某种惰性的死的状态中。”
这就是克劳胥斯对热力学第二定律推论后得出的，整个宇宙的温度必将达到均衡从而形成不再有热量传递的所谓“热寂”状态，被称为“热寂说”
或“热死说”。
热力学第二定律是一个科学定律，是不能违背的。但是热力学第二定律只发生在某个有限的孤立系统中，因此热动平衡总是有限的，有条件的，相对的。而克劳胥斯否定了热动平衡的条件性，从而作出了不恰当的推论。
