中國古代物理學(xué)與熱有關(guān)的發(fā)明創(chuàng)造

中國古代物理學(xué)與熱有關(guān)的發(fā)明創(chuàng)造西漢《淮南萬畢術(shù)》中記載了雞蛋殼在大風(fēng)中飛揚(yáng)的事：“艾火令雞子飛”。東漢高誘注釋說：“取雞子去其汁，燃艾火，納空卵中，疾風(fēng)因舉之飛?！?《太平御覽》卷九二八)據(jù)此推知，將雞蛋內(nèi)蛋汁吸盡(大概尚需烘干蛋殼)，通過其一端小孔將燃燒著的艾草插入殼內(nèi)，在疾風(fēng)下高舉蛋殼，蛋殼將自行飛揚(yáng)。這可能是燃燒著的艾草使殼內(nèi)溫度升高，加熱殼內(nèi)氣體，并將氣體從小孔排出，整個蛋殼比重減小，加之疾風(fēng)影響，因而在空中飛揚(yáng)?？梢哉f，這是熱氣球升空的一個最古老的游戲。有人認(rèn)為，即使蛋殼內(nèi)全部空氣排凈，所獲得的浮力也不可能使蛋殼上升；甚至僅有殼衣，也不能自行上升。這可能是他們沒有注意到文獻(xiàn)記載的“疾風(fēng)”的影響，大概也沒有烘干蛋殼。研究中國科學(xué)技術(shù)史的英國學(xué)者李約瑟博士就此有關(guān)的問題說：17世紀(jì)的歐洲人，歡度復(fù)活節(jié)時，曾作過蛋殼升空的游戲。其方法極簡單，但要有點(diǎn)訣竅。吸盡蛋汁，烘干蛋殼，然后由小孔注入少許水，并以蠟封小孔。這樣的蛋殼在炎日下逐漸呈不穩(wěn)狀態(tài)，逐漸變輕，并終于飄浮起來，飄浮極短時間后即行落下。這是因?yàn)闅?nèi)水份蒸發(fā)，氣體膨脹。待小孔封蠟經(jīng)日曬融化，小孔成為排氣孔，殼內(nèi)蒸氣適足使殼體升空一個短時間。待蒸氣排盡，空氣再滲入，蛋殼即落下。如果加熱空氣，造成氣流，并以此氣流推動輪軸旋轉(zhuǎn)，古代人按此原理制造的玩具稱為“走馬燈”。圖6-2走馬燈上元節(jié)玩燈籠，可能起于隋唐時期。其中，“走馬燈者，剪紙為輪，以燭噓之，則車馳馬驟、團(tuán)團(tuán)不休。燭滅則頓止矣”(《燕京歲時記》)。(圖6-2)它的制作方法是，在一個方形或圓形燈籠中，插一根鐵絲當(dāng)立軸，軸上方裝一紙質(zhì)葉輪。立軸中央裝二根交叉細(xì)鐵絲，在鐵絲每一端貼上人、馬一類剪紙。當(dāng)燈籠內(nèi)點(diǎn)燃燈燭后，熱氣上升，形成氣流，推動葉輪旋轉(zhuǎn)，于是剪紙隨立軸旋轉(zhuǎn)。剪紙的影子投射在燈籠紙罩上。從外表看，就成“車馳馬驟、團(tuán)團(tuán)不休”。走馬燈又稱“馬騎燈”，在宋代盛行。宋代市上有專賣燈籠的店鋪。宋代的小說筆記對此描述甚多。周密說：“沙戲影燈，馬騎人物，旋轉(zhuǎn)如飛”(《武林舊事》卷二《燈品》)。姜夔作詩道：“紛紛鐵騎小回旋，幻出曹公大戰(zhàn)年；若使英雄知底事，不教兒女戲燈前。”(《白石道人詩集》卷下《觀燈口號十首之七》)從原理上看，走馬燈是現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)的始祖。與走馬燈相類似的發(fā)明物還有宋代“仙音燭”，秦漢年間的“青玉燈”。據(jù)宋代陶谷記載，仙音燭“其狀如高層露臺，雜寶為之，花鳥皆玲瓏。臺上安燭。燭既燃矣，乃玲瓏皆動，丁當(dāng)清妙。燭盡響絕，莫測其理”(《清異錄》卷下《器具》)。陶谷記載不夠詳備。仙音燭大概是，一個高層蠟燭臺，內(nèi)裝有各種小巧玲瓏的玩器，其間必裝有似走馬燈一樣的輪軸、葉輪、鐵絲。燭火燃燒時，鐵絲撥動輕小玲瓏玩物，發(fā)出叮噹響聲。燭火滅，就沒有熱氣流推動葉輪旋軸，于是音響停止。青玉燈首次記載于《西京雜記》：“高祖初入咸陽宮，周行庫府，金玉珍寶，不可稱言。其尤驚異者有青玉五枝燈，高七尺五寸，作蟠螭〔panchi盤吃〕以口銜燈。燈燃鱗甲皆動，煥炳若列星而盈室。”(《西京雜記》卷三)這顯然是，由于熱氣流推動了作為燈臺用的蟠螭的鱗甲，晃動的鱗甲在燈光下閃閃發(fā)亮?？赡苷沁@些較早的發(fā)明物，啟發(fā)了宋代人制作各式各樣的走馬燈。宋代詩人陸游(公元1125—1210年)曾記述一種“省油燈”，頗有意義。省油燈原是“夾燈盞也。一端作小竅注清冷水于其中，每夕一易之。尋常燈盞為火所灼而燥，故速干。此燈不然，其省油幾半”(《老學(xué)庵筆記》卷十)。省油燈不是普通的燈，而是夾層的。在夾層中空處，注入清涼水，就避免了燈盞本身被燈火加熱后而燈油急速蒸發(fā)的缺點(diǎn)，從而達(dá)到“省油幾半”的目的。這種冷卻法在現(xiàn)代工業(yè)中常被稱為水套冷卻。省油燈是水套冷卻的鼻祖。據(jù)陸