Num experimento de Joule, temos uma massa m de água dentro de um recipiente de paredes adiabáticas. Deixase cair dois “pesos” idênticos, cada qual de massa M, acoplados, através de fios e polias, a um sistema de paletas imersas na água. Durante a queda dos pesos, as paletas agitam a água realizando um trabalho W =(2M)gh, onde h representa o deslocamento de queda dos pesos (aqui estamos desprezando perdas de energia por atrito nas polias etc.). Nesta experiência não há transferência de calor para a água (Q = 0), pois as paredes do recipiente são adiabáticas. Entretanto o trabalho realizado pelas paletas aumentam a energia interna da água, de acordo com a primeira lei da termodinâmica.
Isto é manifesto pelo fato da água sofrer um aumento de temperatura ΔT. Medindose ΔT podese calcular a quantidade correspondente de calor Q’= mcΔT em calorias que, caso fosse transferida para a água, provocaria o mesmo aquecimento produzido pelo trabalho W = (2M)gh em joules realizado pelas paletas (a constante c representa o “calor específico” da água). Feito isso usase a igualdade Q’= W e determinase assim o chamado equivalente mecânico da caloria (1cal= 4,186J).
Podemos afirmar que:
