Model zamišljenog Joulevog toplinskog stroja (1851)

Joule nikada nije ostvario ni pokrenuo svoj motor na vrući zrak, nego je samo teorijski opisao kako bi takav stroj mogao izgledati. Svoja razmatranja objavio je u engleskom znanstvenom časopisu Philosophical Transactions 1852. To je bilo punih osamnaest godina nakon što je Ericsson već napravio isti takav motor, ali u mnogo savršenijem obliku. Očito da Joule o tome ništa nije znao jer nije čitao Mechanic Magazine, gdje je gotovo dvadeset godina prije objavljen cjelovit prikaz i crtež Ericssonova motora. Ipak se ne može reći da Joule nije pratio znanstvene časopise, gdje su svoje radove objavljivali čuveni znanstvenici onog doba. Joule posebno navodi Thomsona, Rankinea i Clausiusa, koji su dali iznimno vrijedne teorijske prinose termodinamici. Thomson je otkrio apsolutnu temperaturu, Rankine je pronašao entropiju prije Clausiusa, a sam Clausius zasnovao je mehaničku teoriju topline. Iako je poznavanje teorije neophodno za konstrukciju novih motora, to ipak nije dovoljno, jer se motor mora provjeriti u praksi. Zato prednost pripada Ericssonu, koji je takav motor znatno ranije (1833) napravio i pustio u pogon. Kompresijski cilindar usisava hladni atmosferski zrak i komprimira ga na povišeni pritisak, pa ga potiskuje kroz užarenu zmijoliku cijev, koja se zagrijava ugljenom u dugačkoj peći. Na izlasku iz peći vrući zrak ulazi u ekspanzijski cilindar, u kome vrši koristan rad potiskivanjem radnoga stapa, nakon čega se izbacuje u okolnu atmosferu. Nakon ekspanzije zrak je još vruć, pa se preostala toplinska energija odbacuje neiskorištena u okolinu, jer stroj nema regeneratora.