Гипотеза о вращательном движении частиц позволила Ломоносову объяснить превращение механической работы в тепло. При трении тела находящиеся на его поверхности частицы начинают быстрее вращаться, и происходит нагрев сперва поверхности, а затем вращение передаётся частицам, находящимся внутри тела. Так же объясняется нагревание холодного тела при его контакте с горячим.
В ”Размышлениях о причине теплоты и холода” Ломоносов выдвинул принцип, позднее получивший название второго начала термодинамики: частицы более нагретого тела, согласно закону сохранения движения, не могут возбудить в менее нагретом теле более быстрого движения, поэтому «холодное тело В, погружённое в тело А, очевидно, не может воспринять большую степень теплоты, чем какую имеет А».
Другим примером применения ”корпускулярной философии” к решению физических проблем является кинетическая теория газов. Сразу же следует оговориться, что в первой половине 18 века был известен только один газ ¾– воздух. В работе ”Попытка теории упругости воздуха” Ломоносов разработал свою теорию, отличавшуюся от ньютоновской, основанной на неприемлемых для Ломоносова силах отталкивания. ”Атмосфера состоит из бесконечного числа атомов воздуха, ¾ писал великий учёный, ¾ из коих нижние отталкивают те которые на них лежат, вверх настолько, насколько это позволяют им все остальные атомы, нагроможденные над ними вплоть до верхней поверхности атмосферы. Чем дальше от земли отстоят остальные атомы, тем меньшую массу толкающих и тяготеющих атомов встречают они в своём стремлении вверх; так что верхние атомы, занимающие самую поверхность атмосферы, только своей собственной тяжестью увлекаются вниз и, оттолкнувшись от ближайших нижних, до тех пор несутся вверх, пока полученные ими от столкновения импульса превышают их вес. Но как только последний возьмёт вверх, они снова падают вниз, чтобы снова быть отраженными находящимися ниже. Отсюда следует: 1) что атмосферный воздух должен быть тем реже, чем более он отделён от центра земли; 2) что воздух не может бесконечно расширяться, ибо должен существовать предел, где силы тяжести верхних атомов воздуха превысит силу, воспринятую ими от взаимного столкновения. (С. 127, т. 2.)
Предшественник Ломоносова по Петербургской Академии наук Даниил Бернулли, хотя и занимался этой же проблемой, но лишь математически доказал суммарный эффект от движения шарообразных частиц газов, не обсуждая причин взаимного отталкивания.
Ломоносов выстраивает кинетическую теорию газа на основе следующего принципа: частицы взаимодействуют только столкновением, никаких иных сил между ними возникнуть не может. Вместе с тем опыт подсказывает, что воздух можно сжать в тридцать раз и более, это означает, что частицы воздуха достаточно удаленны друг от друга. Разрешая это противоречие, Ломоносов предполагает, что столкновений частицы разлетаются в разные стороны, а затем снова сталкиваются. Механизм такого взаимодействия, по Ломоносову, выглядел следующим образом: сферические, абсолютно неупругие частицы воздуха (в этой работе он называет эти частицы атомами) при тепловом вращении касаются друг друга, а поскольку на их поверхности имеются выступы и впадины, они, соприкоснувшись, отбрасываются друг от друга центробежной силой. Под действием силы тяжести частицы газа опускаются книзу, соприкасаются и снова разлетаются в разные стороны.
При обсуждении этой работы Ломоносова в академическом собрании академик Рихман указал, что в его теории не объясняется, ”почему упругость воздуха пропорциональна его плотности”. В ответ Ломоносов написал ”Прибавление”, в котором, исходя из опытов с замораживанием воды в чугунных бомбах и считая, что расширение льда происходит за счёт упругости находящегося в его порах воздуха, то есть из совершенно не относящихся к делу предпосылок, сделал правильный вывод, что при сильном сжатии закон пропорциональности между давлением и плотностью воздуха должен нарушаться. Вывод, опережающий Ван-дер-Ваальса на 125 лет.
Заметное место в Ломоносовской теории газов занимают акустические явления. ”Звук производится,¾ писал он,¾ когда какое-либо тело, приведённое колебательное движение, сообщает таковое ближайшим к себе частицам воздуха, которые вместе с последующими передают его непрерывном рядом на расстояние, пропорциональное силе удара. Так как большинство атомов воздуха не находятся в соприкосновении, то для возбуждения в другом звукового движения необходимо, чтобы каждый атом, получивший толчок от колеблющегося звучащего тела, сперва подошёл к другому атому, затратил на это движение время, хотя и бесконечное малое. Эти бесконечно малые промежутки времени при бесконечном числе атомов на более далёких расстояниях последовательной передачи составляют заметный промежуток времени”. Из приведённой цитаты совершенно очевидно, насколько близким к современному было понимание Ломоносовым акустических явлений.
Следующим по времени было применение Ломоносовым ”корпускулярной философии” к объяснению химических явлений. Среди его физико-химических работ первой является диссертация ”О действии химических растворителей вообще”.
В апреле 1745 года Ломоносов подал рапорт о назначении его профессором химии и 3 мая, конференция согласилась с тем. Что он достойный кандидат на профессорское звание, и предложили ему написать и защитить диссертацию по металлургии. В июне диссертация ”О светлости металлов”, была готова. Однако Шумахер пытался препятствовать назначению Ломоносова, он отослал его работы ”О светлости металлов”, ”Размышления о причине теплоты и холода”, ”О действии химических растворителей вообще” и ”Попытка теории упругой силы воздуха” Эйлеру, думая получить плохой отзыв. Но вопреки ожиданиям Шумахера Эйлер прислал восторженный отзыв: ” Все сии сочинения не только хороши, но и превосходны, ибо он изъясняет физические и химические материи… с таким основательством, что я совершенно уверен в справедливости его изъяснений. Желать надобно, – писал Эйлер в заключение, – чтобы все прочие академии были в состоянии показать такие изобретения, какие показал Ломоносов”. В июле 1745 года Ломоносов стал профессором химии. Профессорская деятельность Ломоносова с первых шагов отмечалась важными для русской науки начинаниями.
В 1746 году Ломоносов издал перевод ”Экспериментальной физики” своего учителя Вольфа с предисловием, излагающим до известной степени научное мировоззрение самого Ломоносова. Это был первый на русском языке учебник физики, который выдержал в 18 веке несколько изданий. В год издания вольфианской физики Ломоносов приступил к чтению публичных лекций по физике.
Ломоносов начал писать письма Леонардо Эйлеру, в которых рассказывал о своих опытах и наблюдениях, а иногда несогласие с той или иной теорией, доказывая своё мнение. Он писал Эйлеру в 1748 году: «…Я изъявляю полное согласие, когда читаю у выдающегося мужа Исаака Ньютона: « воздух удвоенной плотности в удвоенном пространстве делается четвертным, а в утроенном – шестерным; то же самое разумей для снега или порошков, уплотнённых сжатием или приведением в жидкое состояние”. Но не могу согласиться с высказыванием в конце общим заключением, что масса познаётся по весу каждого тела. Во-первых, имеются тела самого различного удельного веса, обладающие такими свойствами, из которых совершенно ясно, что плотность их материи почти одинакова. Таковы например золото и вода, если их сравнивать с друг другом…Поскольку нельзя умозаключать от частного к общему, то и нет необходимости, чтобы то, что справедливо утверждается относительно однородных тел, имело силу и для разнородных. Хотя даётся доказательство теоремы, утверждающей, что количество материи следует определять по весу, я всё-таки не вижу, чтобы положение это было верным вообще. Вся сила этого доказательства зиждется на опытах со столкновением тел, образующих маятники. Я не сомневаюсь, что они проделаны им со всею тщательностью; очевидно, однако, что для них брались или однородные тела разной величины или же тела разнородные. В первом случае я согласился бы с полной истинностью теоремы и с убедительностью доказательства, если бы в них понятие тела определялось через понятие его однородности; во втором же окажется, что он определял количество вещества в разнородных телах, которые он брал для опытов, по их весу принимал за истину то, что следовало доказать…Долго было бы перечислять по отдельности всё, что не позволяет мне признать неизменную пропорциональность между массой тел и их весов; я приведу здесь то, что мне кажется наиболее важным…Никто не сомневается в том, что явления представляющие собой следствия, становятся яснее и понятнее, если познана их причина; поэтому нельзя сомневаться в том, что усмотрев причину тяготения, можно считать объяснёнными и различия в удельном весе. Поэтому я должен, как того требует поставленный вопрос, коротко высказаться о причине тяготения.