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中国古代物理学-与热有关的发明创造

来源:物理ok网 编辑:未知 时间:2015-01-29 点击量:
  西汉《淮南万毕术》中记载了鸡蛋壳在大风中飞扬的事:“艾火令鸡子飞”。东汉高诱注释说: “取鸡子去其汁,燃艾火,纳空卵中,疾风因举之飞。”(《太平御览》卷九二八)据此推知,将鸡蛋内蛋汁吸尽(大概尚需烘干蛋壳),通过其一端小孔将燃烧着的艾草插入壳内,在疾风下高举蛋壳,蛋壳将自行飞扬。这可能是燃烧着的艾草使壳内温度升高,加热壳内气体,并将气体从小孔排出,整个蛋壳比重减小,加之疾风影响,因而在空中飞扬。可以说,这是热气球升空的一个最古老的游戏。

  有人认为,即使蛋壳内全部空气排净,所获得的浮力也不可能使蛋壳上升;甚至仅有壳衣,也不能自行上升。这可能是他们没有注意到文献记载的“疾风”的影响,大概也没有烘干蛋壳。研究中国科学技术史的英国学者李约瑟博士就此有关的问题说:17世纪的欧洲人,欢度复活节时,曾作过蛋壳升空的游戏。其方法极简单,但要有点诀窍。吸尽蛋汁,烘干蛋壳,然后由小孔注入少许水,并以蜡封小孔。这样的蛋壳在炎日下逐渐呈不稳状态,逐渐变轻,并终于飘浮起来,飘浮极短时间后即行落下。这是因为壳内水份蒸发,气体膨胀。待小孔封蜡经日晒融化,小孔成为排气孔,壳内蒸气适足使壳体升空一个短时间。待蒸气排尽,空气再渗入,蛋壳即落下。

  如果加热空气,造成气流,并以此气流推动轮轴旋转,古代人按此原理制造的玩具称为“走马灯”。


  图6-2 走马灯

  上元节玩灯笼,可能起于隋唐时期。其中,“走马灯者,剪纸为轮,以烛嘘之,则车驰马骤、团团不休。烛 灭则顿止矣”(《燕京岁时记》)。(图6-2)它的制作方法是,在一个方形或圆形灯笼中,插一根铁丝当立轴,轴上方装一纸质叶轮。立轴中央装二根交叉细铁丝,在铁丝每一端贴上人、马一类剪纸。当灯笼内点燃灯烛后,热气上升,形成气流,推动叶轮旋转,于是剪纸随立轴旋转。剪纸的影子投射在灯笼纸罩上。从外表看,就成“车驰马骤、团团不休”。

  走马灯又称“马骑灯”,在宋代盛行。宋代市上有专卖灯笼的店铺。宋代的小说笔记对此描述甚多。周密说:“沙戏影灯,马骑人物,旋转如飞”(《武林旧事》卷二《灯品》)。姜夔作诗道:“纷纷铁骑小回旋,幻出曹公大战年;若使英雄知底事,不教儿女戏灯前。”(《白石道人集》卷下《观灯口号十首之七》)从原理上看,走马灯是现代燃气轮机的始祖。

  与走马灯相类似的发明物还有宋代“仙音烛”,秦汉年间的“青玉灯”。

  据宋代陶谷记载,仙音烛“其状如高层露台,杂宝为之,花鸟皆玲珑。台上安烛。烛既燃矣,乃玲珑皆动,丁当清妙。烛尽响绝,莫测其理”(《清异录》卷下《器具》)。陶谷记载不够详备。仙音烛大概是,一个高层蜡烛台,内装有各种小巧玲珑的玩器,其间必装有似走马灯一样的轮轴、叶轮、铁丝。烛火燃烧时,铁丝拨动轻小玲珑玩物,发出叮噹响声。烛火灭,就没有热气流推动叶轮旋轴,于是音响停止。

  青玉灯首次记载于《西京杂记》:“高祖初入咸阳宫,周行库府,金玉珍宝,不可称言。其尤惊异者有青玉五枝灯,高七尺五寸,作蟠螭〔panchi盘吃〕以口衔灯。灯燃鳞甲皆动,焕炳若列星而盈室。”(《西京杂记》卷三)这显然是,由于热气流推动了作为灯台用的蟠螭的鳞甲,晃动的鳞甲在灯光下闪闪发亮。可能正是这些较早的发明物,启发了宋代人制作各式各样的走马灯。

  宋代陆游(公元1125—1210年)曾记述一种“省油灯”,颇有意义。省油灯原是“夹灯盏也。一端作小窍注清冷水于其中,每夕一易之。寻常灯盏为火所灼而燥,故速干。此灯不然,其省油几半”(《老学庵笔记》卷十)。

  省油灯不是普通的灯,而是夹层的。在夹层中空处,注入清凉水,就避免了灯盏本身被灯火加热后而灯油急速蒸发的缺点,从而达到“省油几半”的目的。这种冷却法在现代工业中常被称为水套冷却。省油灯是水套冷却的鼻祖。据陆游说,省油灯的发明“已三百年”。可见,中国人在公元9世纪初期就发现了这种冷却法并制造了具有现代工业意义的发明物。

  与热学有关的发明或发现还有许多。我们不一一列举了。

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