Для этого ему понадобился железный стержень, обмотанный проволокой и помещенный в воду, электромагнит, установленный полюсами по обе стороны катушки, и гальванометр. Подсоединив проволоку к гальванометру, а магнит — к батарее, Джоуль принялся вращать катушку и при этом каждые 15 мин включать-выключать магнит. В моменты возбуждения и исчезновения магнитного поля в катушке возникал индукционный ток — ученый измерял его силу, а также температуру воды. Вскоре стало ясно: мгновенные токи нагревают проводник не хуже постоянного гальванического, и количество выделяемого при этом тепла пропорционально числу атомов, участвующих в химических реакциях батареи. Чтобы определить, как много тепла дает ток, нужно умножить время его прохождения, квадрат его силы и сопротивление проводника.
Далее Джоуль попробовал крутить катушку в разные стороны, предварительно подключив ее к электроцепи, а также придумал вращать ее в магнитном поле падающими грузами. Замеряя не только силу тока и температуру воды, но и работу грузов, ученый выяснил, что на получение 1 ккал тепла нужно потратить 460 кГм механической энергии. А еще сделал вывод: генерируемое магнитом электричество содержит в себе «агентов», которые собственным движением выделяют тепло.
Впоследствии Джоуль нашел механические эквиваленты тепла, выделенного водой, проходящей по узкой трубке, и грузами, которые опускались и поднимались, вращая вертикальную спицу с насаженными на нее лопатками. Это окончательно убедило физика в том, что движение может трансформироваться в тепло, а тепло способно запускать движение либо способствовать магнитному притяжению. То есть все три вида энергии превращаются один в другой без малейших потерь.
Вопрос трансформации энергии очень интересовал и немецкого физиолога Германа Гельмгольца (1821–1894). Сначала Гельмгольц исследовал взаимные преобразования потенциальной энергии, которую тело получает благодаря своему расположению в пространстве, и кинетической энергии движения, а также выделение тепла в процессе этих превращений. Затем ученый занялся тепловыми свойствами электротока — в частности, подсчитал, сколько энергии генерирует конденсатор в заряженном состоянии, а главное — обнаружил нагревание проводника при разряде. После этого Герман поместил в силовое поле замкнутой электроцепи магнит и увидел, что тот начал двигаться, то есть у него появилась кинетическая энергия. Кроме того, за определенный период времени батарея произвела работу, представляющую собой произведение силы тока, электродвижущей силы и временнóго интервала, а проводник выделил тепло, количество которого равнялось произведению силы тока, времени и двойного сопротивления.