第六卷 能量的規律 第32章 能
卡諾揭示了熱能和機械能之間的轉化，並且說明能量既不能產生，也不能消滅，已接近發現能量守恒和轉化定律。同一時期、磁能、電能、化學能等更多的能量之間的轉化得到了進一步研究，到40年代初，能量守恒和轉化定律被不同學科的人幾乎同時發現了。
"能"這個詞，在希臘語裏是"使用某種動作"的意思。
把石子放在彈弓的橡皮筋上，用力往後拉，然後突然鬆手，石子就會飛向遠處。這種使別的物體運動或者移動位置的能力就叫做能。
揮動的錘子能把釘子釘進木板裏，飛行的炮彈能擊穿鋼板，猛烈運動的空氣--暴風甚至能吹倒樹木、毀壞房屋。這種物體由於運動而具有的能叫做動能。從觀察得知，物體的質量越大，速度越快，它的動能就越大。
位於高處的物體，由於地球引力，其重力的作用方向總是指向低處如果將山間的雨水彙集到貯水池裏，利用水落下時的力量可以推動發電機旋轉。打樁機的重錘落下時，能把木樁或鋼鐵構件打進地基裏。
這種由於物體位於較高的位置而具有的能叫做勢能。水池的水和打樁的重錘都具有勢能。
在16、17世紀，伽利略和牛頓等科學家，通過確定速度、加速度和力之間的關係，對動能和勢能的原理有所認識。他們認識到，當物體下降時速度加快，動能就增加了；同時，高度降低，勢能就減少了。如果把物體拋向空中，隨著動能的減少，勢能就相應增加。
因此，在運動過程中，兩種能量的總和總是一個恒量。這就是機械能守恒定律。
到18世紀，人們進一步認識到熱、光、聲等也具有能量，能量可以從一種形式轉化為另一種形式。
最早公布能量守恒和轉化定律的是德國青年醫生邁爾。
1814年，邁爾出生於德國，1840年他在一艘遠洋海輪上當船醫，船從荷蘭駛往東印度，船在熱帶的爪哇島停留時，他給當地人看病。
當他從病人身上抽取出血液時，奇怪地發現，患者的靜脈血要比在歐洲見到的病人的靜脈血顏色紅亮得多，這是為什麼呢？
邁爾在學醫時，曾研究拉瓦錫的燃燒理論和一些化學知識。在拉瓦錫理論的啟示下，他仔細琢磨其中的原因，是不是因為在熱帶地區氣溫高，幾乎不需要利用血液中的養分就能維持體溫呢？
邁爾按照拉瓦錫的觀點設想，動物體溫是由氧化過程產生的熱，由於熱帶炎熱，那麼人的體溫隻需要從食物中吸取少量的熱即可維持，因此食物氧化作用減弱，剩下多餘的氧留在靜脈血裏，血紅素結合了氧就顯得紅亮了。
據此，邁爾認為人的體溫是由食物化學能轉化來的。他進一步認為人體動力，也就是肌肉機械作功的能量，也來源於食物化學能；熱能和機械能加在一起的總量，應該等於食物化學能。
這樣，熱能、機械能和化學能都是等價的，而巨能夠相互轉化。
在航行期間，邁爾還聽船員說："暴風雨來時，海水溫度比平時要高一點。"邁爾認為這應該是機械能轉化為熱能的緣故。
1841年，邁爾隨船回國，對航行期間的發現繼續進行研究，並且做了一些實驗，寫成論文《論力的量和質的量的測定》。在這篇論文裏，他提出了熱是運動的觀點，說明了熱是由運動轉化來的，並闡述了能量守恒和轉化方麵的見解。
他把論文投給德國的權威刊物《物理學和化學年鑒》。由於熱質說統治著人們的頭腦，權威們都相信是物質而不是運動，因此不承認邁爾的見解，便以缺乏實驗依據為由，拒絕發表。
邁爾對學術上的第一次打擊非常生氣，但又無可奈何，決心進一步用實驗來證明自己的觀點。
邁爾做了這樣兩個實驗。一是把一塊與水溫相同的金屬，從高處落入水槽裏，結果水的溫度升高了。二是用力搖動水槽，結果水溫也能升高。
當然，這兩個實驗都是簡單的定性實驗，但接著邁爾對實驗進行了定量測定。1842年，他初步計算出熱功當量為1卡等於365克米，相當於3.58焦耳，接近於現代精確的熱功當量值4.184焦耳。
1842年，邁爾把自己的研究成果寫成論文《論無機界的力》，終於在德國的《化學與藥物雜誌》上發表。
論文雖然發表了，但沒有受到人們的青睞，反而受到了不少嘲笑和攻擊："邁爾荒唐透頂"，"邁爾空談哲理"。
學術上的第二次打擊，使邁爾精神上受到了很大的刺激，從此邁爾開始脾氣暴躁，不斷消沉。1850年得了神經紊亂症，曾自殺，但未遂，被送到精神病院。1878年，邁爾逝世。
盡管如此，邁爾是科學史上第一個發表能量守恒和轉化定律的人。