熱の仕事当量
特に、空気を膨張させたときは温度が下がるので、これは今までの、仕事→熱という変化ではなく、熱→仕事という過程ではじめて測定した値だった。ジュールはこの実験で、J = 4.29 J/cal の値を導いている。
ジュールによる熱の仕事当量の実験で最も有名なものは、羽根車による実験であるが、これは1845年に初めて行われた。水中(または他の液体中)で羽根車を回し、その運動で生まれる熱を測定するという仕組みである。羽根車の回転にはおもりを使用し、おもりの重さと、回転中におもりが下がった長さから仕事量を求める。
この実験は1845年から繰り返し行われ、1848年にウィリアム・トムソンの目にとまったことで一躍注目を浴びた。1849年に行った実験(論文発表は1850年)では、J = 4.15 J/cal を得た。これは30年近く、疑問の余地もない J の標準値であった。
ジュールは1862年、電流の発熱の測定から、J = 4.212 J/cal の結果を得た。しかしこの値は、以前にジュール自身が出した値とずれがあったため、ジュールは英国科学振興協会から再実験の要望を受けた。ジュールはこれを受け、1878年に再度羽根車による実験を行い、J = 4.1587 J/cal の値を出した。これはジュールが行った最後の実験であった。