中国古代的热学知识
我国古代的热学知识大部分是生活和生产经验的总结.至今所知的古籍中对热的研究记载较少,还有待于进一步发掘.
火的利用和控制,使人类第一次支配了自然力,使人类文明大大前进了一步,同时,它也是古人对热现象认识的开端.我国山西省芮城西侯度旧石器的遗址,说明大约180万年前人类已经开始使用火.
对冷热的认识.约在公元前2000年,我国已有气温反常的记载,在两周初期,人们开始掌握降温术和高温术.据《周礼》记载,当时已设专人司贮冰事,冬季凿冰加以贮藏,到春,夏季用以冷藏食物和保存尸体.说明当时已利用天然冰来降温.我国冶炼业的发展较早,高温技术也很早被人们掌握.江苏省曾出土春秋晚期的一块铁,经科学分析,它是一块生铁,生铁的冶炼温度比熟铁高,需达摄氏千度以上.生铁的出土,说明在那时的高温技术已达到一定水平.
温度计还没有发明以前,古人在冶炼金属的实践中,创造了通过观察火候和火色来判别温度高低的方法.据《考工记》记载,在铸铜与锡时,随温度的升高,火焰的颜色先后变为暗红色,橙色,黄色,白色,青色,然后才可以浇铸.这种方法同样也应用于制陶工业.从现代科学分析,不同物质有不同的汽化点,因此从火焰的颜色可以判断所汽化的物质,从而判断温度的高低.对同一种物质,随着温度的升高,其颜色也先后有所变化."火候"(包括火色)成了我国古代热工艺中一个内容丰富的特有概念.
除制陶和冶炼金属之外,我国古代还在农业中采用了控温技术.据《汉书 召信巨传》记载,西汉末年,我国己利用冬季栽培蔬菜,其方法是"覆以屋庑,昼夜蕴火,待温气乃生."北魏时期,还利用熏烟的方法防止霜冻.
对冷热问题,东汉王充还曾从理论上加以探讨,在他的著作《论衡 寒温篇》中写道:"夫近水则寒,近火则温,远之渐微,何则 气之所加,远近有差也."他把"气"作为物体之间进行"温""寒"传递的物质承担者,还指出距离变远,"气"的作用渐小.这里已涉及热传递的理论问题,但它只是思辩性的,是我国"元气说"的一种应用.
对热是什么这一问题,我国古代也已注意到,南北朝成书的《关尹子》中认为:"外物"的来去是使瓦石一类物体发生寒热温凉之变的原因.而另一种说法见于据传可能为北齐刘昼著的《刘子 崇学篇》,则从"五行"观念出发,猜想物体寒,热,温,凉的变化是一种"内物"在起作用.这种所谓的"外物"或"内物"都是把热设想为一种实体物质,它类似于18世纪"燃素"和"热素"的观念.
热胀冷缩是重要的热现象之一,在我国古代对它已有所研究和利用.汉代《淮南万毕术》记述了这样一个现象:把盛水铜瓮加热,直到水沸腾时密闭其口,急沉人井中,铜瓮发出雷鸣般响声.这现象可能是发热物体在急速冷却时发生了内破裂,破裂声由井内传出,这是一个典型的热胀冷缩现象.元代陶宗仪曾亲自作热胀冷缩实验,他把带孔的物体加热以后,使另一个物体进入孔洞,从而这两个物体如"辘轳旋转,无分毫缝罅".他明确指出,这是前一物体"煮之胖胀"的缘故.据《华阳国志》记载,李冰父子修建都江堰时,发现用火烧巨石,然后浇水其上,就容易凿开山石.这种利用岩石热胀冷缩不均从而易于崩裂的施工经验,在我国历代水利工程中不断为人们采用.
对水的物态变化,在我国古代也早有认识,例如对雨和雪形成的探讨,认为是由于"积水上腾"而造成.《论衡》中对此有明确的表述:"云雾,雨之微也,夏则为露,冬则为霜,温则为雨,寒则为雪.雨露冰凝者,皆由地发,不从天降也."此文说明露,霜,雨,雪是因为不同的温度由水冻凝而成,它们都是水由地面蒸发而产生的.汉代以后的古籍中,对雨,露,雪,霜成因的讨论更多,说明当时对物态变化的知识有了新的认识.汉代董仲舒从"气"的观念出发,解释雨,露,雪,霜成因的道理是:水受日光照射,蒸发成水汽,再在不同条件下形成雨,霰,雪等.从现在看来,这些分析也基本上是正确的.
我国古代,在生产和生活实践中,创制了利用热的各种器具.如宋代曾发明一种"省油灯",在"灯盏一端作小窍,注清冷水于其中",据说这种灯能"省油几半".现在分析,文中所说加入冷水,目的是降低温度,避免油被灯火加热后急速蒸发,其中包含了对油的汽化和温度的关系的认识;据《淮南子》记载:"取鸡子,去其汁,然(燃)艾火纳空卵中,疾风因举之飞".这是关于"热气球"的最早设想,也是空气受热上升的具体应用.五代时期,据说还利用这一原理制成信号灯,所谓"孔明灯"也是应用了这一道理.关于走马灯我国古代有较多记载,有的古籍把它称作"马骑灯","影灯".宋代《武林旧事》在记述各种元宵彩灯时写道:"若沙戏影灯,马骑人物,旋转如飞……",这表明当时已利用了冷热空气的对流制造出各种各样的走马灯.

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