我國古代熱學(xué)知識(shí) 由物理網(wǎng)資料整理
我國古代的熱學(xué)知識(shí)大部分是生活和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。至今所知的古籍中對(duì)熱的研究記載較少，還有待于進(jìn)一步發(fā)掘。
火的利用和控制，使人類第一次支配了自然力，使人類文明大大前進(jìn)了一步，同時(shí)，它也是古人對(duì)熱現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的開端。我國山西省芮城西侯度舊石器的遺址，說明大約180萬年前人類已經(jīng)開始使用火。
對(duì)冷熱的認(rèn)識(shí)。約在公元前2000年，我國已有氣溫反常的記載，在兩周初期，人們開始掌握降溫術(shù)和高溫術(shù)。據(jù)《周禮》記載，當(dāng)時(shí)已設(shè)專人司貯冰事，冬季鑿冰加以貯藏，到春、夏季用以冷藏食物和保存尸體。說明當(dāng)時(shí)已利用天然冰來降溫。我國冶煉業(yè)的發(fā)展較早，高溫技術(shù)也很早被人們掌握。江蘇省曾出土春秋晚期的一塊鐵，經(jīng)科學(xué)分析，它是一塊生鐵，生鐵的冶煉溫度比熟鐵高，需達(dá)攝氏千度以上。生鐵的出土，說明在那時(shí)的高溫技術(shù)已達(dá)到一定水平。
溫度計(jì)還沒有發(fā)明以前，古人在冶煉金屬的實(shí)踐中，創(chuàng)造了通過觀察火候和火色來判別溫度高低的方法。據(jù)《考工記》記載，在鑄銅與錫時(shí)，隨溫度的升高，火焰的顏色先后變?yōu)榘导t色、橙色、黃色、白色、青色，然后才可以澆鑄。這種方法同樣也應(yīng)用于制陶工業(yè)。從現(xiàn)代科學(xué)分析，不同物質(zhì)有不同的汽化點(diǎn)，因此從火焰的顏色可以判斷所汽化的物質(zhì)，從而判斷溫度的高低。對(duì)同一種物質(zhì)，隨著溫度的升高，其顏色也先后有所變化。“火候”(包括火色)成了我國古代熱工藝中一個(gè)內(nèi)容豐富的特有概念。
除制陶和冶煉金屬之外，我國古代還在農(nóng)業(yè)中采用了控溫技術(shù)。據(jù)《漢書·召信巨傳》記載，西漢末年，我國己利用冬季栽培蔬菜，其方法是“覆以屋廡，晝夜蘊(yùn)火，待溫氣乃生。”北魏時(shí)期，還利用熏煙的方法防止霜凍。
對(duì)冷熱問題，東漢王充還曾從理論上加以探討，在他的著作《論衡·寒溫篇》中寫道：“夫近水則寒，近火則溫，遠(yuǎn)之漸微，何則?氣之所加，遠(yuǎn)近有差也。”他把“氣”作為物體之間進(jìn)行“溫”“寒”傳遞的物質(zhì)承擔(dān)者，還指出距離變遠(yuǎn)，“氣”的作用漸小。這里已涉及熱傳遞的理論問題，但它只是思辯性的，是我國“元?dú)庹f”的一種應(yīng)用。
對(duì)熱是什么這一問題，我國古代也已注意到，南北朝成書的《關(guān)尹子》中認(rèn)為：“外物”的來去是使瓦石一類物體發(fā)生寒熱溫涼之變的原因。而另一種說法見于據(jù)傳可能為北齊劉晝著的《劉子·崇學(xué)篇》，則從“五行”觀念出發(fā)，猜想物體寒、熱、溫、涼的變化是一種“內(nèi)物”在起作用。這種所謂的“外物”或“內(nèi)物”都是把熱設(shè)想為一種實(shí)體物質(zhì)，它類似于18世紀(jì)“燃素”和“熱素”的觀念。
熱脹冷縮是重要的熱現(xiàn)象之一，在我國古代對(duì)它已有所研究和利用。漢代《淮南萬畢術(shù)》記述了這樣一個(gè)現(xiàn)象：把盛水銅甕加熱，直到水沸騰時(shí)密閉其口，急沉人井中，銅甕發(fā)出雷鳴般響聲。這現(xiàn)象可能是發(fā)熱物體在急速冷卻時(shí)發(fā)生了內(nèi)破裂，破裂聲由井內(nèi)傳出，這是一個(gè)典型的熱脹冷縮現(xiàn)象。元代陶宗儀曾親自作熱脹冷縮實(shí)驗(yàn)，他把帶孔的物體加熱以后，使另一個(gè)物體進(jìn)入孔洞，從而這兩個(gè)物體如“轆轤旋轉(zhuǎn)，無分毫縫罅”。他明確指出，這是前一物體“煮之胖脹”的緣故。據(jù)《華陽國志》記載，李冰父子修建都江堰時(shí)，發(fā)現(xiàn)用火燒巨石，然后澆水其上，就容易鑿開山石。這種利用巖石熱脹冷縮不均從而易于崩裂的施工經(jīng)驗(yàn)，在我國歷代水利工程中不斷為人們采用。
對(duì)水的物態(tài)變化，在我國古代也早有認(rèn)識(shí)，例如對(duì)雨和雪形成的探討，認(rèn)為是由于“積水上騰”而造成�！墩摵狻分袑�(duì)此有明確的表述：“云霧，雨之微也，夏則為露，冬則為霜，溫則為雨，寒則為雪。雨露冰凝者，皆由地發(fā)，不從天降也。”此文說明露、霜、雨、雪是因?yàn)椴煌臏囟扔伤畠瞿�，它們都是水由地面蒸發(fā)而產(chǎn)生的。漢代以后的古籍中，對(duì)雨、露、雪、霜成因的討論更多，說明當(dāng)時(shí)對(duì)物態(tài)變化的知識(shí)有了新的認(rèn)識(shí)。漢代董仲舒從“氣”的觀念出發(fā)，解釋雨、露、雪、霜成因的道理是：水受日光照射，蒸發(fā)成水汽，再在不同條件下形成雨、霰、雪等。從現(xiàn)在看來，這些分析也基本上是正確的。
我國古代，在生產(chǎn)和生活實(shí)踐中，創(chuàng)制了利用熱的各種器具。如宋代曾發(fā)明一種“省油燈”，在“燈盞一端作小竅，注清冷水于其中”，據(jù)說這種燈能“省油幾半”�，F(xiàn)在分析，文中所說加入冷水，目的是降低溫度，避免油被燈火加熱后急速蒸發(fā)，其中包含了對(duì)油的汽化和溫度的關(guān)系的認(rèn)識(shí);據(jù)《淮南子》記載：“取雞子，去其汁，然(燃)艾火納空卵中，疾風(fēng)因舉之飛”。這是關(guān)于“熱氣球”的最早設(shè)想，也是空氣受熱上升的具體應(yīng)用。五代時(shí)期，據(jù)說還利用這一原理制成信號(hào)燈，所謂“孔明燈”也是應(yīng)用了這一道理。關(guān)于走馬燈我國古代有較多記載，有的古籍把它稱作“馬騎燈”、“影燈”。宋代《武林舊事》在記述各種元宵彩燈時(shí)寫道：“若沙戲影燈、馬騎人物、旋轉(zhuǎn)如飛……”，這表明當(dāng)時(shí)已利用了冷熱空氣的對(duì)流制造出各種各樣的走馬燈。
在我國古代，很早就出現(xiàn)了對(duì)熱動(dòng)力的認(rèn)識(shí)和利用，唐代出現(xiàn)了煙火玩物，“煙火起輪，走絨流星”。宋代制成了用火藥的火箭、火球、火蒺藜。明代制成了“火龍出水”的火箭，這些都是利用燃燒時(shí)向后噴射產(chǎn)生反作用力使火箭前進(jìn)的道理，屬熱動(dòng)力的應(yīng)用，它是近代火箭的始祖，被世界所公認(rèn)。
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