1843年8月21日，英国物理学家詹姆斯·焦耳（James Prescott Joule）在考尔克的一次学术报告会上，宣读了他的论文——《论电磁的热效应和热的机械值》，公布了他的实验发现：838磅的重物沿垂直方向举高1英尺所做的机械功，相当于1磅水的温度升高1华氏度所需的热量。焦耳得出结论，热量与机械功之间存在着恒定的比例关系，进而计算出了热功当量值460千克米1千卡，1千卡的热量相当于460千克米的机械功。同年，该论文发表于《哲学杂志》第23卷第3辑。
在该论文发表以前，焦耳进行了多次实验，发现了表示电流热的焦耳定律，即导体在一定时间内放出的热量与导体的电阻及电流强度的平方之积成正比。他设计了新的实验，进行了感应线圈发热的研究实验，否定了热质学说，确立了热是一种能量的概念。焦耳将这一发现付之于实验，测定了热和机械功之间的当量关系。
该论文发表后，受到了冷遇，许多科学家并不认同焦耳的研究成果。但焦耳不气馁，继续通过实验来获得更精确的热功当量值。直至1878年，焦耳设计了构造精妙的叶轮实验装置，进行了400余次实验。焦耳测量了水、鲸油、水银的热功当量，所得到的热功当量值几乎皆为423.9千克米/千卡。这一数值仅比现今的公认值427千克米1千卡小0.7%，该数值保持30年而未作大的更正。
焦耳尊重科学实验，以巨大的毅力进行了长达40年的实验，最终测得了精确的热功当量值。焦耳的不懈努力，赢得了包括开尔文勋爵在内的科学家们的叹服，最终也获得了科学界的认可。