中国古代对热的认识与利用

江西省寻乌中学薛海凤 选自《中学物理教学参考》2008年第9期

近代热学的发展，揭开了冷热变化的奥秘和热运动规律。我国古代在对热的认识与利用方面也曾为人类做出过卓越的贡献，这里撷取片断以飨读者。

一．《论衡》中的热学知识

《论衡》是我国东汉著名唯物主义哲学家王充的重要著作。王充以哲学家、思想家著称，非常注意吸取当时的自然科学知识；认真观察和广泛探讨了各种自然现象，提出了深刻而独特的见解。可以毫不夸张地说，王充对我国古代物理学的发展作出了重要贡献。在《论衡》中就记载了他对冷热现象的思辨性解释。

1．关于热传递

我们知道，热传递产生的条件是两个物体的温度不同，热传递通常以传导、对流、辐射等方式进行。王充在《论衡•寒温》中认为“夫近水则寒，近火则温。何则？气之所加，远近之差也。”这段话说明王充认为热传导是气的作用中“远近有差”；这是一个了不起的见解。同时，王充还指出了物体“温”、“寒”的传递与距离之间的关系，亦即当距离短时，近水寒近火温；但当距离增大时，热的传递也就“远之渐微”，即热的传递和距离呈相反变化。

2．关于 Q ＝ mcΔt

对“一叹见霜”的批判：当时传说“邹衍无罪，见拘于燕，当夏五日，仰天而叹，天为陨霜。”对该谬传中的“一叹见霜”之说，王充举出很多理由进行批驳。他在《论衡•感虚》中指出：“夫燃一炬火，爨一镬水，终日不能热也；持一尺冰，置庖厨中，终夜不能寒也。……寒不累时则霜不降，温不兼日则冰不释。”

意思是说，点燃一个火把去烧一大锅水，这一大锅水烧整日也是不会热的；拿一尺冰放在厨房中，这厨房整日也是不会寒的。也就是说，物体吸收或放出较大的热量Q，必须有较长时间的积累；有较长时间的积累，才会使物体的温、寒有较大的变化Δt。因此，怎么会一叹之后就会有霜出现呢？王充的这一阐述是合乎科学道理的。

3．关于雨露霜雪

对“雨从天下”的批判：：王充在《论衡•感虚》中写道：“夫云出于丘山，降散则为雨矣，人见其上而坠，则谓之天雨水也。夏日则雨水，冬日天寒则雨凝而为雪，皆由云气发于丘山，不从天上降集于地，明矣。”在《论衡•说日》中写道：“云雾，雨之微也。夏则为露，冬则为霜，温则为雨，寒则为雪。雨露冻凝者，皆由地发，不从天降也。”亦即雨是由地面丘山上的云气形成的，当冬天温度降得很低时，则凝结为雪；至于露、霜，也是在地面空气中形成的，并不是从高空下降的。这一叙述指出了雨露霜雪和“夏”，“冬”、“温”，“寒”之间的关系，即雨露霜雪和温度的关系；其实就是说，温度变化引起了雨露霜雪物态的变化。

4．关于热力学第二定律

对“神异瑞草”的批判：王壳在驳斥厨中能自动长出一种神异的瑞草，并可“扇暑而凉”的传说时，提出了“冷不自生”的论断。他在《论衡•是应》中写遭：“儒者……言厨中自生肉脯……寒凉食物，使之不臭。夫太平之气虽和，不能使厨生内，以为寒凉。若能如此，则能使五谷自生，不需人为地能使厨自生肉脯，何不能使饭自蒸于甑，火自燃于灶乎？……“何不使食物自不臭，何必生以风之乎？……”。

王充实际上是在断言，在大气（太平之气）中，不可能自动产生某种机制（指神异瑞草），使温度降到低于周围环境的温度；他还进一步指出，如果能够自动实现降温，那么就可以使火自燃于灶，使饭自蒸于甑，也就是说会自动发生升温现象。

王充的这段议论，不仅完全符合现代所知的热力学第二定律，而且在叙述用语上也和这一定律的现代表述几乎相同。令人惊异的是，王充由“冷不自生”推论道，如果可以违反这一规律，那么就会“五谷自生，不需人为”，用现代语言表述，就是会得到某种“第二类永动机”。当然，我们没有理由说王充发现了热力学第二定律，但他对冷热变化能做到如此细致观察、全面概括和深刻思考，并得出卓越的思辨性见解，这是不能不令人叹服的。

二．中国古代的热技术

1．对热气球的设想

相传在汉武帝时淮南王刘安等写的《淮南万毕术》中，就记有“取鸡子，去其汁，然（燃）艾火纳空卵中，疾风因举之飞”。是说在蛋壳中点火燃烧，利用热空气浮升使蛋壳迎风飞上天，这可称之为“热气球”。说明我国古代对利用热空气举起重物已有了设想，并进行过试验。

2．信号灯的制作

到了五代，热能已运用于军事通信，即利用热空气浮升的原理制作信号灯。传说当时有位莘七娘，在一次作战时曾利用竹篾扎成架子，糊上纸做成灯笼形，下面用松脂点燃，利用热空气上升的力量使灯飞上高空，作为军事信号，当时又称为“松脂灯”。后来至南宋时，在范成大的《石湖居士诗集》中曾写道“掷烛腾空稳”，并注曰：“小球灯时掷空中”。这种小球灯在民间流传较广，又被称为“孔明灯”。

3．走马灯的发明

在我国利用燃烧加热的空气去推动纸轮旋转的走马灯，史籍中有较多记载。例如《石湖居士诗集》中记有“转影骑纵横”，并自注为“马骑灯”；又如周密的《武林旧事》中载有“沙戏影灯，马骑人物，旋转如飞，……”上述“马骑灯”“影灯”指的都是走马灯。

走马灯的构造是，在一个立轴的上部横装一个叶轮，叶轮的下边装有烛座；当烛燃烧时，产生燃气上升便推动叶轮，使它发生回转；在立轴中部再横装几根细铁丝，粘上纸剪的人马，随着一起回转，煞是好看。

这项发明反映出，当时人们已经会利用空气受热后上升、冷空气下沉的道理，即今天所说的空气对流。从原理上看，走马灯是现代燃气涡轮机的萌芽。

4．保温器的出现

利用空气导热性能差的特点来制造保温器，在我国历史上也是很悠久的。南宋的洪迈在《夷坚甲志》中记载“张虞卿者，……得古瓦瓶于土中。……置书室养花，方冬极寒，一夕忘去水，意为冻裂，明日视之，凡他物有水者皆冻，独此瓶不然。异之，试之以汤，终日不冷。……惜后为醉仆触碎。视其中，与常陶器等，但夹底厚二寸。……”

很明显，此器保温的原理，是由于夹底之间有二寸厚的空气层，减弱了热的传导。我国古代制造的保温器，从原理上看已相当于现代的保暖瓶。

发布时间：2009/3/17 9:21:21  阅读次数：8442