Bảo toàn năng lượng
Lịch sử > Tương đương cơ học của nhiệt

Một giai đoạn quan trọng trong sự phát triển của nguyên lý bảo toàn hiện đại là trình diễn sự tương đương cơ học của nhiệt. Lý thuyết nhiệt lượng duy trì rằng nhiệt không thể được tạo ra cũng như không bị phá hủy, trong khi bảo toàn năng lượng đòi hỏi nguyên tắc trái ngược là nhiệt và công cơ học có thể thay thế cho nhau.
Vào giữa thế kỷ thứ mười tám, Mikhail Lomonosov, một nhà khoa học người Nga, đã đưa ra giả thuyết về nhiệt động lực học của mình, đã bác bỏ ý tưởng về nhiệt lượng. Thông qua kết quả nghiên cứu thực nghiệm, Lomonosov đã đi đến kết luận rằng nhiệt không được truyền qua các hạt của chất lỏng nhiệt.
Năm 1798, Bá tước Rumford (Benjamin Thompson) đã thực hiện các phép đo nhiệt ma sát sinh ra trong các khẩu pháo và phát triển ý tưởng rằng nhiệt là một dạng của động năng; các phép đo của ông đã bác bỏ lý thuyết nhiệt lượng, nhưng không đủ chính xác để phản bác các nghi ngờ.
Nguyên lý tương đương cơ học lần đầu tiên được bác sĩ phẫu thuật người Đức Julius Robert von Mayer đưa ra dưới dạng hiện đại vào năm 1842. Mayer đã đưa ra kết luận này trong chuyến đi đến Đông Ấn Hà Lan, nơi ông thấy rằng máu của bệnh nhân của mình có màu đỏ thẫm hơn vì họ tiêu thụ ít oxy hơn và do đó ít năng lượng hơn để duy trì nhiệt độ cơ thể trong điều kiện khí hậu nóng hơn. Ông phát hiện ra rằng nhiệt và công cơ học là cả hai dạng năng lượng và vào năm 1845, sau khi nâng cao kiến thức về vật lý, ông đã xuất bản một chuyên khảo về mối quan hệ định lượng giữa chúng.
Trong khi đó, vào năm 1843, James Prescott Joule đã độc lập phát hiện ra sự tương đương cơ học trong một loạt các thí nghiệm. Trong nổi tiếng nhất, bây giờ được gọi là "bộ máy Joule", trọng lượng giảm dần gắn liền với một chuỗi đã khiến một mái chèo chìm trong nước xoay. Ông đã chỉ ra rằng năng lượng hấp dẫn bị mất bởi trọng lượng giảm dần bằng với năng lượng bên trong mà nước thu được thông qua ma sát với mái chèo.
Trong giai đoạn 1840-1843, công việc tương tự được thực hiện bởi kỹ sư Ludwig A. Cold, mặc dù nó ít được biết đến bên ngoài quê hương Đan Mạch của ông.
Khám phá của Joule và Mayer đều bị kháng cự và bỏ mặc nhưng khám phá của Joule cuối cùng đã thu hút được sự công nhận rộng rãi hơn.
Năm 1844, William Robert Grove đã đưa ra mối quan hệ giữa cơ học, nhiệt, ánh sáng, điện và từ tính bằng cách coi tất cả chúng là biểu hiện của một "lực" (năng lượng theo thuật ngữ hiện đại). Năm 1846, Grove công bố lý thuyết của mình trong cuốn sách Tương quan lực lượng vật lý. Năm 1847, dựa trên tác phẩm trước đó của Joule, Sadi Carnot và Émile Clapeyron, Hermann von Helmholtz đã đưa ra kết luận tương tự như Grove và công bố lý thuyết của mình trong cuốn sách Über die Erhaltung der Kraft (On the Conservation of Force, 1847). Sự chấp nhận hiện đại nói chung của nguyên tắc tương đương cơ học bắt nguồn từ ấn phẩm này.
Năm 1850, William Rankine lần đầu tiên sử dụng cụm từ định luật bảo toàn năng lượng cho nguyên tắc này.
Năm 1877, Peter Guthrie Tait tuyên bố rằng nguyên tắc này bắt nguồn từ Isaac Newton, dựa trên một bài đọc sáng tạo về các mệnh đề 40 và 41 của Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Điều này hiện được coi là một ví dụ về lịch sử Whig.