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  摩擦取火以及对热的本质的【点击数:


  认识除太阳以外,火是上古时代人的唯一的地上热源。原始社会时期,人们已学会利用火,发明了钻木取火的方法。用两条木片,使其之一的一端与另一条激烈摩擦,在摩擦点附近放上易燃物质。摩擦运动产生高温,甚而迸出火星,易燃物质即着火。史籍记载,这个方法是由原始社会初期的燧人氏发明的,故称“燧人氏钻木取火”。通过钻木取火,人们在春秋战国时期懂得了一条热学的基本规律:“木与木相摩则燃”。(《庄子·外物》)

  古代人还发现其他种种摩擦取火的方法。《关尹子》说:“石击石即光。”这是石块与石块的碰撞发火。摩擦竹片也能发火。以一片竹瓦(竹筒破而为二,似瓦状)覆盖纸灰,在其上穿一小孔,以另一竹片通过小孔往来摩擦,“三四回,烟起矣。十余回,火落孔中,纸灰已红”(《物理小识》卷二)。从铁器时代开始,人们发现铁与石相碰击或刮摩能发火,人们称它为火石镰、钢镰。还有阳燧取火,这已在光学一章中叙述过了。

  值得注意的是,我国少数民族发明了种种取火工具。其中,如景颇族取火器,看来简单,道理却很深奥。景颇族取火器(如图6-1),以牛角作外套筒,木制推杆。杆前端粘缚艾绒。取火时,一手握住套筒,一手猛推杆入筒、并随即将杆拔出,艾绒即燃。口吹艾绒,立见火苗。显然,在19世纪以前任何一个民族都不知道热力学中的绝热压缩过程。在这个过程中,系统不与外界发生任何热交换,由于急速压缩,体积急速发生变化,因而系统的温度急速升高,以至达到燃点。景颇族的祖先以他们的聪明才智,在热力学诞生之前很久很久,就在实践中发明了符合绝热压缩原理的取火器。这种取火器通过东南亚而传到欧洲,被称为“活塞式点火器”。


  图6-1 景颇族人发明的取火器

  唐宋时期人们发明了原始的火柴。“夜中有急,苦于作灯之缓”(陶谷:《清异录》),聪明人削杉木小片,其薄如纸,将硫磺涂于木片端,当它与热灰烬或高温物体接触,即焰起发火。宋代市上成批出卖,俗名“火寸”、“发烛”、“焠儿”,又称“引光奴”。近代火柴是以摩擦、使火柴头上药料生火,而它的祖先是接触热灰烬发火。从钻木到火石镰,再到火寸,是古代热学技术不断进步的表现。

  除了发明种种起火方法外,古代人也发现了各种自燃现象。晋代张华说:“积油满万石,则自然生火。”(《博物志》卷三)张华还指出,生石灰遇水浇,亦焰起烟燃。宋代人就这些发现总结说:“油绢纸、石灰、麦糠、马矢粪草,皆能发火。”(陈师道:《后山谈丛》卷四)

  中国是世界上最早发现并利用高温燃料的国家,如煤炭、石油、天然气的开发与利用,在历代典籍中的记载屡见不鲜。

  人类生活中,一方面要火,要高温;另一方面又要冰,要降温。早在西周初期,中国人就开始利用天然冰块冰冻食品。当时的一首民歌描述了冬日采冰的情形,它唱道:

  十二月凿冰冲冲响,

  正月抬冰窖里藏,

  二月取冰来上祭,

  献上韭菜与羔羊。

  屈原在其《赋·招魂》中写道:“冰冻甜酒,满杯进口真清凉。”西周人还制作了一种专置冰块与食品的“冰鉴”(《周礼·天官·凌人》),即冰盒或冰柜类的东西。古代的降温方法中,如在盛夏之日引水上屋顶;(《旧唐书·西戎传》)在养蚕室门口放几桶新井水,“以生凉气”(《农书·农桑通诀集之六·蚕缫篇》),都有很久的历史了。

  热究竟是什么?是物质还是运动?这是18世纪科学界争论的大问题之一。持“热质说”、“燃素说”者认为,热是一种物质,燃烧现象是因为自然界有燃素。这种学说在十七八世纪曾解释某些热和燃烧现象,但不能解释摩擦起火现象。“热是一种运动”是由伦福德伯爵(即本杰明·汤姆森,公元1753-1814年)在1798年从钻大炮孔的摩擦实验中作出的。他以此推翻了热质说,促进了热学的发展。古代中国人对问题的回答二者皆有。

  先秦时期,人们崇尚“五行”观念。五行,即金、木、水、火、土,其中火也是自然万物之一。因此,火是物质的看法有着非常久远的历史。后来,道家著作《关尹子》发展了这种观念。他写道:

  寒暑温凉之变,如瓦石之类,置之火即热,置之水即寒,呵之即温,吹之即凉,特因外物有来有去,而彼瓦石实无来去。

  在《关尹子》的作者看来,“外物”的来去使瓦石发生热、寒、温、凉之变。这种“外物”观与热质说几乎一致了。颇有意思的是,古代人还大胆地从五行观念中找摩擦生火的根据。北齐刘昼说:

  金性苞水,木性藏火,故炼金则水出,钻木而火生。(《刘子·崇学》)

  在他看来,摩擦起火是由于木本身含有“火素”或燃素的缘故。五行观念给古代人轻巧地抵达科学彼岸提供了独木方舟,但他们抵达的却是一个更为离奇的世界,而不是科学。

  中国古代人也有持运动说的。南唐谭峭在其《化书》中写道:“动静相摩,所以生火也。”他的思想一直影响到清代,郑光祖在《一斑录》中说:“火因动而生,得木而然。”古代人从钻木取火的经验中得出的这个结论是科学的。它和伦福德伯爵从钻大炮孔中作出的科学结论完全一致。


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