书城历史物理:物理研究状况
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第17章 获得热源的妙法

古代热学

我国古代的热学知识大部分是生活和生产经验的总结。这些知识包括:获得热源的方法,对热学理论的探讨和实践,对温度和湿度的测量,以及对物质三态变化的研究。

我国古代对火的利用和控制,使社会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。对冷热的认识,古代学者进行了深入研究,并在实践中创造了很多方法来判别温度的高低。在物质三态方面也积累了知识,解释了日常生活中的水、冰、水气和自然界中的雨雪露霜等现象。

热源是发出热量的物体。人类在一两百万年之前就开始利用热源,其中取火就是主要的途径。

古代在实践当中总结了许多行之有效的取火方法,如钻木取火,利用凹透镜获取太阳光热源等。这些方式和方法,提高了生活的质量,推动了社会的发展。

在上古洪荒时期,人们不知道有火,也不知道用火。到了黑夜,四处一片漆黑,野兽的吼叫声此起彼伏,人们蜷缩在一起,又冷又怕。由于没有火,人们只能吃生的食物,经常生病,寿命也很短。

在一个雷雨天,雷电劈在一大片树林的树木上,树木燃烧起来,整个树林很快就变成了熊熊大火。雷雨停后,人们又发现不远处烧死的野兽,发出了阵阵香味,便聚到火边,分吃烧过的野兽肉。

人们感到了火的可贵,有个年轻人拣来树枝,点燃火,保留起来。每天都有人轮流守着火种,不让它熄灭。可是有一天,值守的人睡着了,火燃尽了树枝,熄灭了。人们又重新陷入了黑暗和寒冷之中,痛苦极了。

一天夜里,年轻人在梦中遇到神人,神人告诉他去燧明国可以取回火种。年轻人醒了,想起梦里大神说的话,决心到燧明国去寻找火种。

在燧明国有一棵大树,名叫“燧木”。这棵树真是异常之大,它的树枝伸展到了10多千米以外的地方。而且大树下到处闪耀着美丽的火光,把四下里照耀得如同白昼。

燧明国百姓,就在这种灿烂的美丽的火光中,躬耕劳作,怡然自得,优哉游哉地靠这种火光生活。

年轻人翻山过河穿森林,历尽艰辛,终于来到了燧明国。他发现在燧木树上,有几只大鸟正在用短而硬的喙啄树上的虫子。只要它们一啄,树上就闪出明亮的火花。年轻人看到这种情景,脑子里灵光一闪,有了主意。

他立刻折了一些燧木的树枝,用小树枝去钻大树枝,树枝上果然闪出火光。年轻人不灰心,他找来各种树枝,耐心地用不同的树枝进行摩擦。终于,树枝上冒烟了,然后出火了。年轻人回到了家乡,为人们带来了永远不会熄灭的火种,并带回了钻木取火的办法。

从此,人们再也不用生活在寒冷和恐惧中了。人们被这个年轻人的勇气和智慧折服,推举他做首领,并称他为“燧人”,也就是取火者的意思。

人工取火的发明结束了人类茹毛饮血的时代,开创了人类文明的******。所以,燧人氏一直受到人们的敬重和崇拜,并尊他为三皇之首,奉为“火祖”。

“燧人取火”是我国古人利用热源的传说。

综合历来资料的取火方法,可分为以摩擦等手段发热取火,用凹球面镜对日聚集取火,用化学药物引燃。这3种开发和利用热源的手段,伴随了人类生产和生活数千年。

通过摩擦、打击等手段发热取火始于旧石器中晚期,当时已经知道用打击石头的方法产生火花,后来又发明了摩擦、锯木、压击等办法。古书上所谓“燧人氏钻木取火”,“伏羲禅于伯牛,错木作火”,“木与木相摩则燃”等,都不是子虚乌有,只是借华夏民名人来体现古代先民获取热源的智慧。

铁器使用之后,人们也用铁质火镰敲打坚硬的燧石而发生火星,使易燃物着火。这一些都是利用机械能转换成为热能,当然是十分费力而且很不方便的。

关于利用凹球面镜对日聚集取火,凹球面镜在古代被称为“燧”,有金燧、木燧之分。金燧取火于日,木燧取火于木。

夫燧,是古人在日下取火的用具。它是用金属制成的尖底杯,放在日光下,使光线聚在杯底尖处。杯底先放置艾、绒之类,一遇光即能燃火。因此,夫燧即金燧。另外,《考工记》记载了用金锡为镜,其凹面向日取火的方法。可见,我国在4000年前已有使用光学原理取火的技术了。

汉代,仍用金燧取火。当时也叫“阳燧”,即用铜镜向日取火,也用艾引火燃烧。至宋代,仍然流行金燧取火之法。实际上这就是今天的凸面玻璃镜。

如果我们拿这玻璃镜,向着太阳,镜也会聚如豆,再用易燃物放在底下,顷刻间即可得火。古代没有玻璃,故用金镜。现代的太阳灶就是从这一道理发展而来的。过去古人出门,身边都带着燧。因为那时的燧为尖顶杯,体积很小,都佩带腰间以备用。但以阳燧取火,有个不足之处,就是天阴或夜晚就不能取到火。

比如古时人们在行军或打猎时,总是随身带有取火器,《礼记》中就有“左佩金燧”、“右佩木燧”的记载,表明晴天时用金燧取火,阴天时用木燧钻木取火。阳燧取火是人类利用光学仪器会聚太阳能的一个先驱。

除古籍记载,考古文物也有这方面证明。考古工作者曾经在河南省陕县上村岭虢国墓出土一面直径7.5厘米的凹面镜,背面有一个高鼻钮,可以穿绳佩挂。

值得注意的是,和这面凹面镜一起出土的还有一个扁圆形的小铜罐,口沿与器盖两侧有穿孔,用以系绳。这大概是供装盛艾绒和凹面镜配对使用的。这可以说是人类早期利用太阳热能的专用仪器,距今已有2500多年的历史了。

凹面镜取火的具体使用方法,东汉时期经学家许慎的一段话说得比较详细:

必须在太阳升到相当高度,照度足够时才能使行;引燃物是干燥的艾草;所用的凹面镜的焦距只有“寸余”,聚光能力应当很好;艾草温度升高到一定程度,起先只是发焦,要用人为方法供给足够氧气助燃,才使艾草燃烧发明火。

自战国以来,还曾有过“以珠取火”之说,可能是利用圆形的透明体对日聚集取火,它的效能等于凸透镜聚焦。不过使用一直不太普遍。

我国利用化学药物引燃较早,南北朝时期,北周就发明的“发烛”。它是以蜕皮麻秸做成小片状,长五六寸,涂硫磺于首,遇火即燃,用以发火。在南方,发烛则用松木或杉木制成。

据元代学者陶宗仪的《辍耕录》上说,这种“发烛”实际上是在松木小片的顶部涂上一分来长熔融状的硫磺。就是利用燃点很低的硫磺,一遇红火即可燃成明火。

从南北朝时期发明“发烛”开始,就有专门制造作为商品供应,后来各地所用的材料略有不同,也有“发烛”、“粹儿”、“引光奴”、“火寸”及“取灯”等不同的名称。

这种东西沿用时间很长,直至19世纪欧洲发明的依靠摩擦直接发火的火柴传入我国,才逐步地取代了传统的引火柴。