詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（1818年12月24日—1889年10月11日）是英国实验物理学家，通过定量测量揭示了电、热和机械功（物理学）之间的联系。他测定的热功当量为能量守恒提供了关键证据，并推动了热力学的建立。国际单位制（SI）中的能量单位焦耳便以他的名字命名，以示纪念。他在参与经营曼彻斯特附近的家族酿酒业务期间，独立开展了大部分研究。(makingscience.royalsociety.org)
早年生活与科学背景
焦耳出生于兰开夏郡的索尔福德，父亲本杰明·焦耳是一位富裕的酿酒商，母亲为艾丽斯·普雷斯科特。他最初在家接受教育，随后师从约翰·道尔顿——这位曼彻斯特化学家是现代原子理论的重要奠基者。焦耳的科学训练主要在大学体系之外完成。家族的财力使他能够维持一间私人实验室，并在酿酒厂工作期间持续开展研究。(makingscience.royalsociety.org)
19世纪30年代末，焦耳开始在家中进行电磁学实验。他关注的是，电磁装置能否为工业提供实用的动力。对电动机的研究使他将注意力转向电能输入、机械输出与发热之间的关系。因此，他的研究既涉及机械设备的实际应用问题，也逐渐深入到更为根本的问题：物理过程中测量到的各种转化究竟有何规律。(collection.sciencemuseumgroup.org.uk)
电流的热效应
1840年，焦耳公布了如今与焦耳热效应相联系的关系：金属导体产生热量的速率，与其电阻及电流的平方成正比。他将不同金属制成的线圈放入盛有水的容器中，测量由此引起的温度变化，以研究这一关系。这些实验使热学测量成为定量比较电学过程的一种手段。(library.manchester.ac.uk)
这项工作的意义并不限于发现一种发热效应。焦耳试图通过测量将电、机械作用与热联系起来，而不是把它们视为互不相关的现象。他关于电的动力和热的机械当量的论文，记录了这一研究计划的逐步发展。因此，电流热效应成为他更广泛地研究能量转化的一条实验途径。(library.manchester.ac.uk)
热功当量
热功当量表示一定热量所对应的机械功的大小。焦耳于1843年发表了早期测定结果，并在科克向英国科学促进会报告了他的发现。其核心论点是，机械作用与热效应之间存在一个可重复测得的数值换算因子。他的方法起初受到质疑，尤其是因为需要测量的温度变化十分微小。(library.manchester.ac.uk)
他最著名的实验装置利用下落的重物带动浸在水中的桨叶旋转。重物通过绳索驱动转轴，桨叶随之搅动液体。焦耳将重物下落所做的机械功与水温的升高进行比较。为了确立两者之间的关系，他必须严格控制周围环境条件，并对装置与环境之间的热量交换作出修正。桨轮实验只是其更广泛研究计划的一部分，这项计划还考察了电流热效应和气体膨胀。(aps.org)
测量精度是这项研究的关键。焦耳使用灵敏度极高的温度计，并与曼彻斯特的仪器制造商约翰·本杰明·丹瑟合作。他还在酿酒厂的地窖里进行测量，以减小环境温度波动的影响。他的详细论文《论热功当量》于1849年提交给英国皇家学会，并于1850年发表在该学会的《哲学汇刊》上。(collection.sciencemuseumgroup.org.uk)
能量守恒与热力学
焦耳的研究结果对热质说提出了挑战。热质说将热视为一种在物体之间流动、总量守恒的流体。此前的一些观察已经使这一解释面临困难；焦耳的贡献则在于确立了机械作用与发热之间的定量联系。关键证据不只是机械过程能够产生热，而是其热效应可以与所做的功进行定量比较。(aps.org)
这些测量结果与其他研究者的成果一起，推动了热力学第一定律的形成。用现代符号表示，其常见表述之一为 (\Delta U=Q-W)，其中 (\Delta U) 是内能的变化，(Q) 是系统吸收的热量，(W) 是系统对外所做的功。焦耳的实验为这种能量核算提供了实证基础；这一普遍原理是多位研究者共同贡献的结果，而非仅由某一次实验得出。(aps.org)
与威廉·汤姆孙的合作
后来获封开尔文勋爵的威廉·汤姆孙（开尔文勋爵），帮助将焦耳的发现纳入正在形成的热力学理论框架。19世纪50年代，两人合作研究流动气体的热学行为。他们的论文《论运动流体的热效应》于1853年6月由英国皇家学会收稿并宣读，研究了气体在压强差作用下流经多孔阻隔物时产生的温度效应。(library.manchester.ac.uk)
这一研究计划与焦耳—汤姆孙效应密切相关。它扩展了焦耳早先对气体的研究，并将实验测量与汤姆孙关于机械功和热变化之间关系的理论问题联系起来。(catalogues.royalsociety.org)
荣誉与以其姓名命名的单位
焦耳于1850年6月6日当选为英国皇家学会会士，并于1852年获得该学会的皇家奖章，1870年获得科普利奖章。他于1847年与阿梅莉亚·格赖姆斯结婚，两人育有三个孩子。1889年10月11日，他在柴郡的塞尔去世。(makingscience.royalsociety.org)
以焦耳姓名命名的国际单位制单位用于计量功、能量和热量。一焦耳等于一牛顿（单位）米，即 (1\ \mathrm{kg,m^2,s^{-2}})。这一单位的使用，使机械功与热能可以在同一量化尺度上衡量，而两者之间的这种关系，正是焦耳整个实验研究生涯的核心。(bipm.org)