很早的时候，人们就有一个美好的愿望——制造出一种永动机。这种机器不花费任何外加的动力，就能够周而复始地运转下去。这样，人们就能一劳永逸地得到无穷无尽的可供利用的能量。为此许多人耗尽了毕生的精力从事这种永动机的制造。可是，种种设计方案就像一座座空中楼阁那样经不住推敲。达•芬奇在屡经失败后，得出了制造永动机是不可能的结论。然而这一警告并没有使人们从梦幻中醒来。随着工业时代的到来，动力问题引起了广泛的注意，有关永动机的五花八门的设计方案也纷纷出台，但是没有一种方案能经得住实践的检验。1775年，法国科学院作出决议，声明不再审理任何有关永动机的设计方案。

    无数次的失败，终于使科学家们意识到大自然中存在着一条不以人的意志为转移的普遍规律。结果到了19世纪40年代，有几位不同国籍的科学家，几乎同时在他们各自的研究领域中，发现了这一规律。这就是被恩格斯誉为19世纪自然科学三大发现之一的能量守恒和转化定律。

    其实，人类早就在生产实践中不自觉地利用了能量转化这一原理。古人利用钻木、击石等方式取得火种，实际上就是通过机械运动把动能变为热能。后来，人们学会了利用畜力、水力、风力等来运转机械、驱动舟车，这无非是将一种机械能转变为另一种机械能。而蒸汽机的发明则实现了热能向机械能的转化。尽管人类已经掌握了多种形式的能量转化，但并没有人提出能量守恒和转化定律，因为在从实践通向理论的道路上，还有一个拦路虎——热素说。

    热素说认为热是一种没有重量、可以在物体中自由流动的物质，叫做“热素”。热素可以从较热的物体流到较冷的物体中去，就像水从高处流向低处一样。由于热素说把热看成一种物质，否认热是物质运动的一种形式，那就不可能存在热和机械运动之间的转化。就这样，热素说堵塞了通向真理的道路。

    1789年，从美国移居到欧洲的科学家伦福德伯爵（1753-1814），在慕尼黑兵工厂监造大炮时，“发现钻炮筒的钻头越钝，钻削的碎屑越少，所产生的热量却越多。这与热素说认为碎屑越少，释放的热素就越少的说法恰好相反。因而，他认为热能够由运动产生，它决不是一种物质。坚持热素说的人对伦福德的见解百般挑剔，嘲笑他违反了常识。

    为了证明热确实不是来源于热素，伦福德让几个人把炮筒放在水槽里，找了一支钝得不能再用的钻头钻孔。他用几匹马拉着钻具钻了约两个半钟头，槽里的水竟然沸腾了。没有任何东西供给热素，反而能源源不断地产生出热。这些热是从哪里来的呢？伦福德断言：热只能来源于钻头的运动。然而，热素说的维护者们还不甘心失败，竟说热是由外面的热素跑进来造成的。

    1799年，戴维用两块冰在真空中摩擦，并使其周围的温度比冰的还低，结果冰块还是全部融化成了水，其比热比冰还高。这就有力地驳斥了“热是由外面的热素跑进来”的谬论，给热素说以致命的打击，从而为热的唯动说的发展及能量守恒和转化定律的发现开辟了道路。

    1840年的一天，在一条从荷兰驶往东印度的船上，德国的青年医生迈尔（1814-1878）正忙着为患病的海员治病。当远洋轮船行到热带海域时，迈尔发现病人的静脉血液比在欧洲时红亮。在拉瓦锡燃烧理论的启发下，他认为这是由于血液含氧较多的缘故。因为在热带高温的条件下，人的机体只需要从食物中吸收较少的热量，所以人体中食物的氧化过程减弱了，这样静脉里就留下了较多的氧气，静脉由于含氧多就会显得比较红。迈尔由此联想到人体内的食物所含的化学能可以转化为热能。此外，他还听到海员们在聊天时说，暴风雨时海水要比平时热。这也启发他联想到机