中国古代物理学-摩擦取火以及对热的本质的
来源：物理ok网
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时间：2015-01-29
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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。
诗人屈原在其《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。
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。
诗人屈原在其《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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