中国古代的温度测量

时间:2016年04月20日 信息来源:本站原创 点击: 【字体:
中国古代的温度测量  粗略地说,温度是指冷热的程度。冷热的概念自古已有,在温度计出现以前,人们常凭自己的感官的感觉,例如用手触摸物体来判别物体是冷、是热,冷热的程度如何。这种以体温为基础的触摸感觉法,只能判断一定范围内的温差,而不是特定的温度概念,古人以寒、冷、凉、温、热、烫等术语所表示的温差范围,会随人而异,有极大的主观性。   观察自然现象知寒暖   即使如此,古人还是找到了一些较为客观地判别冷热程度的办法。战国时人们已经知道通过观察水的结冰与否来推知气温下降的程度。例如,《吕氏春秋·慎大览·察今》就记载道:“见瓶中之冰而知天下之寒。”这种做法被后世人们所认可,汉代的《淮南子·兵略训》就有几乎同样的记载:“见瓶中之水,而知天下之寒暑”。这是因为,通过观察瓶中水结冰或冰融化,确实可以大致知道气温的寒暖变化。   古人对自然规律缺乏了解,认为反常气令是上天对帝王卿相失德的“告诫”。所以,要把气令记录下来,写到官修的史籍中去以占验吉凶。同时,对一些特定日期例如冬至时的气候状况,古人也比较注意记录。至迟从十一世纪起,官方就已经习惯记录冬至后九个九天当中每日的天气,这叫做“数九寒天”。在明清时代,人们常把这些日子的天气每天记录在一种图上。有关这方面的记录在清代汇编的《古今图书集成》中有四卷之多。现在,我们从这些记载中可以看到中国古代气候的温度变化情况。   以人体体温为标准测温   虽然以体温判别周围物体的冷热程度,会因人而异。然而体温又是古代最恒定的“温度计”。因为正常人的体温基本相同。古代人就充分地认识了这种特殊的“温度计”,并在制奶酪、豆豉、养蚕、茶叶的加工工艺中应用。   北魏贾思勰曾指出,牧民作奶酪,使酪的温度“小暖于人体,为合适宜”;他又指出,作豆豉,“大率常令温如腋下为佳”,“以手刺(豆豉)堆中候,看如腋下暖”。   宋代陈旉在论及洗蚕种的水温时说:“调温水浴之,水不可冷,亦不可热,但如人体斯可矣。”元代王祯在论及养蚕的最佳室温时指出,养蚕人“需著单衣,以为体测:自觉身寒,则蚕必寒,使添熟火;自觉身热,蚕亦必热,约量去火”。   宋代蔡襄曾说过,茶叶“收藏之家,以蒻叶封裹,入焙中两三日,一次用火常如人体温,温则御湿润,若火多则茶焦不可食”。   观察发热物体的火焰颜色———高温目测技术   “火候”一词最初的本意是,观察发热物体的火焰颜色。在金属冶炼或烧制陶瓷过程中,历代工匠都以火焰颜色来判别炉体内温度的高低。因此,火候实际上是古人创造的一种经验的高温目测技术。虽然,它具有很大的经验性,亦不能标出温高的具体数值,但它有充分的科学性。   战国时著作《考工记》,最早记述了冶铸青铜的火焰颜色:  凡铸金之状,金与锡,黑浊之气竭,黄白次之;黄白之气竭,青气次之;青白之气竭,青气次之。然后可铸也。   这段话可用现在科学知识解释:在熔炉中加入铜矿和锡矿而进行熔化的过程中,首先熔化挥发的是那些不纯杂物,它们的燃烧呈现“黑浊”焰色;然后,熔点较低的锡或杂物硫熔化并挥发,呈现“黄白”焰色;随炉温升高,铜(古代写为“金”)熔化并挥发,铜与锡成为青铜合金,呈现“青白”颜色,进而炉火纯青,便可开炉铸造。   火候观察法,不仅被历代冶铸、陶瓷等工匠沿用,也被炼丹家和药物学家所发展。古人为我们留下了许多物质的火焰颜色的记载,这些记载表明通过观察火焰颜色来判断温度的高低以及炉内气氛确实是古人常用的判别温度高低的方法。这与近代物理学中用光谱学原理,对不同物质的不同特征火焰及其所对应的温度,来鉴别物质的方法是一致的。   清初欧洲温度计知识的传入   最早把欧洲的温度计介绍到中国的是,比利时人天主教耶稣会传教士南怀仁(F.Verbiest,1623~1688)。南怀仁于清顺治十六年(1659)来华,他著述的关于温度计的一本小册子《验气图说》于1671年刊行。该书后被收入他1674年撰成《新制灵台仪象志》一书的第十四卷中。该书中介绍了测量冷热变化和干湿变化的概念,并描述了“测气寒热”的仪器即温度计的制作方法、用法及原理。南怀仁制作的温度计(见40页右栏上图),管子呈U形,管内注烧酒(或水);以一水平线为基准,将管子划分成上半部较长、下半部较短的两部分,对应天气的冷热作了一些不等分的分度,以作为测量温度的标尺。从书中叙述看,这种温度计只能观察到温度的变化,也只能测量相对的冷热程度,实际上类似伽利略等人发明和使用的那种没有固定点而且温标是任意的空气温度计。而17世纪欧洲许多科学家致力于研究温度计的改进和使用,他们对温度计的玻璃泡和管子尺寸与液体含量之间的关系,做了大量实验研究。对此,西方传教士未能及时介绍到中国来。 (本文作者系原中国vinbet浩博国际科学研究院热工处高级工程师)
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