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中國古代的溫(wēn)度測(cè)量

發布時間:2007-07-31 作者:高鴻春(chūn) 來源(yuán):www.jlbjb.com 瀏覽:6853

  粗略地說,溫度是指冷熱的程度。冷熱的概念自古已(yǐ)有,在溫度計出現以前,人們常憑自己的(de)感官的感覺(jiào),例如用(yòng)手觸摸物體來判別物(wù)體是冷、是熱,冷(lěng)熱的程(chéng)度如何(hé)。這(zhè)種以體溫為基礎的觸摸感覺法,隻能判斷一定範圍內的溫差,而不是特定的溫度概(gài)念,古人以寒、冷、涼、溫、熱、燙等術語所表示的溫差範圍,會隨人而異,有極大的主(zhǔ)觀性(xìng)。

  觀(guān)察自然現象知寒暖

  即使如此,古人(rén)還是找到了一些較為客觀地判別冷熱程(chéng)度的辦(bàn)法。戰國時(shí)人們已經知道通過觀(guān)察水的結冰與否來推知(zhī)氣溫下降的程度(dù)。例如,《呂氏春秋·慎大覽·察今》就記(jì)載道:“見(jiàn)瓶中之冰而知天下之寒(hán)。”這種做法被後世人們所認可,漢代的《淮南(nán)子·兵略(luè)訓》就(jiù)有幾乎同樣的記載:“見瓶中之水,而知天下之寒暑”。這(zhè)是因為,通(tōng)過觀察瓶中水結冰或冰融化,確實可以大致知道氣溫的寒暖變化。

  古人對自然規律缺乏了解,認為反常氣(qì)令是(shì)上天對帝王卿相失德的(de)“告誡”。所以,要把氣令(lìng)記錄下來,寫(xiě)到官修的史籍中去以占驗(yàn)吉凶。同時(shí),對一些(xiē)特定日期例如冬至時的氣候狀(zhuàng)況,古人也比較注意記錄。至遲(chí)從十一世紀起,官方(fāng)就已經習(xí)慣記錄冬至後九個(gè)九天(tiān)當(dāng)中每日的天氣,這叫做“數九寒(hán)天”。在明清時代,人們(men)常把這些日子(zǐ)的天氣每天記錄在一種圖上。有關這方麵的記錄在清(qīng)代匯編的《古今圖(tú)書(shū)集成》中有四卷之多。現在,我們從這些記載中可以看到中國古代氣候(hòu)的溫度變化情況。

  以人體體溫為標準測溫

  雖然以體溫判別周圍物體(tǐ)的冷熱程度,會因人而異。然而體溫又是古代最恒定的“溫度計”。因為正常人的體溫基本相同。古代(dài)人就充分地認識了(le)這種(zhǒng)特殊的“溫度計”,並在(zài)製奶酪、豆豉、養蠶、茶葉的加工工藝中應用。

  北魏賈思勰曾指出,牧民作奶酪,使酪的溫度“小暖於(yú)人體,為合適宜”;他又指出,作豆豉,“大率常令溫如腋下(xià)為佳”,“以手刺(豆豉)堆中候,看(kàn)如腋下(xià)暖”。

  宋代陳旉在(zài)論(lùn)及(jí)洗蠶種的水溫時說:“調溫水浴之,水不可冷,亦不可熱,但如人體斯可矣。”元代王禎在論及養蠶的(de)最佳室溫時指出,養蠶人“需著單衣,以為體測:自覺身寒,則蠶必寒,使添熟火;自覺身熱,蠶亦必熱,約量(liàng)去火”。

  宋代蔡襄曾說(shuō)過,茶葉“收藏之家,以蒻葉封裹,入焙中兩三日,一次用(yòng)火常(cháng)如人體溫(wēn),溫則禦濕潤,若火多則茶焦不可食”。

  觀察發熱物體的火焰顏色———高溫(wēn)目測技術

  “火候”一詞最初的本意是,觀(guān)察發熱物體的火(huǒ)焰顏色。在金屬冶煉或燒製陶瓷過程中,曆代工匠都以火焰顏色來判(pàn)別爐體內溫度的高低。因此,火候實際上是古人(rén)創造的一(yī)種經驗的高溫目測技術。雖然,它具有很大(dà)的經驗(yàn)性,亦(yì)不能標出溫高(gāo)的具(jù)體數值,但它有充分的科學性。

  戰國時著作《考工記》,最早記述了冶鑄青(qīng)銅的火焰顏色:
  凡鑄金之狀,金與錫,黑濁(zhuó)之氣竭,黃白次之;黃白之氣竭,青氣次之;青白之氣竭,青氣次之(zhī)。然後可鑄也。

  這段話可用現在(zài)科學知識解釋:在熔爐中加入銅礦和錫礦而進(jìn)行熔(róng)化的過程(chéng)中,首先熔化揮發的是那些不純雜物,它們的燃燒呈現“黑濁”焰色;然後,熔點較低的錫或雜物硫熔(róng)化並(bìng)揮發,呈現“黃白”焰色;隨爐溫升(shēng)高,銅(古代寫為“金”)熔化並揮發,銅與(yǔ)錫成為青銅合金,呈現“青白”顏色,進而爐火純青(qīng),便可開爐鑄造。

  火候觀察法,不僅被曆代冶(yě)鑄、陶瓷等(děng)工匠沿用,也被煉丹家(jiā)和藥物學家所發展。古人為我們留下了許多物質的火焰顏色的記載,這些記載表明通過觀察火焰顏色來判斷溫度的高低以及爐(lú)內氣氛確實是古人常用的判別溫度高低的方法。這與近代物理學(xué)中用光譜學原(yuán)理,對不同物質的(de)不同特征火焰(yàn)及其所對應的溫度,來鑒別物質的方法是一致的。

  清初歐洲溫度計知識的傳(chuán)入

  最(zuì)早把(bǎ)歐洲的(de)溫度計介紹到中國的是(shì),比利時人天主教耶穌(sū)會(huì)傳教士南懷仁(F.Verbiest,1623~1688)。南懷仁於清順治十六(liù)年(1659)來華,他著述的關於溫度計的(de)一本(běn)小冊子《驗(yàn)氣圖(tú)說》於(yú)1671年刊行。該書後被收入他1674年撰成《新製靈台儀象誌》一書的第十四卷中(zhōng)。該書中(zhōng)介紹了測量冷熱變化和幹濕變化的概念,並描述了“測氣寒熱”的儀器即溫度計的製作方法、用(yòng)法及原理。南懷仁製作的溫度計(見40頁右欄上圖(tú)),管子呈U形,管內注燒酒(或水);以一水平線(xiàn)為基準,將管(guǎn)子劃分成上半部較長、下半部較短的(de)兩部分,對應天氣的冷(lěng)熱作了一些不等分的分度,以作為測量溫度的標尺(chǐ)。從書中敘述看,這種溫度計隻能觀察到溫度的變化(huà),也隻能測量相對的冷熱程度,實際上類似伽利略等人發明和使用的那種沒有(yǒu)固定點而(ér)且溫標是任意的空氣溫(wēn)度計。而17世紀(jì)歐洲(zhōu)許多科(kē)學家致力於研究溫度計的改進(jìn)和使用(yòng),他(tā)們對溫度計的玻璃泡(pào)和管子尺寸(cùn)與液體含量之間的關係,做(zuò)了大量實驗研究。對此,西方傳(chuán)教士未(wèi)能及時介紹到中國(guó)來。
 (本文作者係原中國計量科學研究院熱工處高級工程(chéng)師)

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