古代熱學 2.
熱學理論與實踐
對於熱的本質，古代學者進行了深入研究，提出了頗有見地的見解，在物理學曆史上留下了寶貴財富。古代學者研究了熱傳播與熱保溫，熱膨脹與熱應力，並將這些熱學理論應用到日常器具的製造及工程等實踐中。
有一次，宋徽宗拿了10個紫琉璃瓶給小太監，讓小太監命令工匠在瓶裏麵鍍一層金。
工匠都表示無法做到，說：“把金子鍍在裏邊，應該用烙鐵熨烙使金子平整才行。但是琉璃瓶的瓶頸太窄，烙鐵無法到達應到的位置。而且琉璃瓶又脆又薄，耐不住手捏，一定要鍍金的話，瓶子肯定要破碎。我們寧願獲罪，也不敢接這個活。”
後來小太監在民間看見錫匠給陶器鍍錫的工藝很精巧，就試著拿了一個琉璃瓶請他們幫他在內壁鍍金。錫工讓小太監第二天去取。
果然，第二天琉璃瓶已鍍好。小太監讓錫匠和自己一同入宮，並向皇帝稟報了此事。
皇上把宮中工匠全部召集起來，又拿了一個琉璃瓶給錫匠，觀看錫匠如何鍍金。
錫匠取金鑿至薄如紙，然後裹在瓶外。
宮中工匠說：“如果這樣，誰都能做。我們本來就知道你是俗工，何必來宮中獻醜！”
錫匠也不辯解，隻見他剝掉所裹金箔，壓在銀筷子上，插入琉璃瓶中，再輸入水銀，掩住瓶口，左右搖動，以使水銀塗鍍在瓶膽上，沒有一點縫隙。
這時，宮中工匠方始愕然相視。皇上大喜，重重賞賜了錫匠。
這條史料出自《夷堅誌》，是目前所能找到的我國古代水瓶保溫技術的最早的記錄。而錫匠的做法大體是符合保溫瓶製作技術的。
在我國古代，熱保溫與熱傳播不僅是工匠們十分重視的一項技術，更是研究者關注的研究課題。事實上，對於類似的熱的本質，我國的“五行學說”與“元氣論”都有自己的說法。
“五行說”認為構成自然的5種基本元素中就有“火”，而“火”有“燥熱”之性，就是熱的具體化。
在《墨經》一書中，墨家根據“五行說”解釋自然現象，認為木是由水、土、火元素組成的。這是根據樹木的生長必須要有水分、土壤與陽光這一農業生產的長期經驗所得出的結論。
墨家把燃燒看成“火”元素脫木而出的表現。這個解釋後來一直流傳著。例如北宋時期學者劉畫在《劉子·崇學》中也明確指出：
“木性藏火……鑽木而生火。”屬於相類似的思想認識。
“元氣論”把熱看成是一種“氣”，它的集中表現是燃為火。所以《淮南子·天文訓》有“積陽之熱氣生火”的說法。
王充《論衡·寒溫篇》解釋冷熱也說是“氣之所加”。而關於熱的傳播，王充試圖對熱傳播的本質加以解釋。
王充認識到熱是從高溫向低 溫傳播的，並且是通過某種物質的；受熱物體所得到熱的多少跟它距離熱源的遠近有關，近熱源者得熱多，遠熱源者得熱少。
曾侯乙墓出土的兩件保溫的盛酒器，已有2400多年的曆史。這種保溫的盛酒器由內外兩個獨立的容器組成，裏麵的方形容器是盛酒的，外麵的方形容器在冬季用來盛熱水。
由於外麵容器的容積很大，所以熱容量也十分大，能有大量的熱傳給裏麵容器中的酒，使酒溫很快升高，並達到一定的溫度，趨於熱平衡。這樣，壺中的酒得以保溫。
在夏季，外容器儲冰，同樣也可以保溫。有了它，在寒天可以喝到暖人腸胃的湯浴溫酒；在熱天則可以喝到沁人心脾的冰鎮美酒。
對於熱膨脹與熱應力問題，我國古代製造精密器具時，為了避免器具受溫度和濕度的影響而發生形狀和體積的變化，很注意選料。
把熱膨脹與熱應力用之於工程也很常見。戰國時期蜀郡太守李冰，在今宜賓一帶清除灘險用火燒石，再趁熱澆冷水之法。
東漢初四川武都太守虞詡，曾主持西漢時期水航運整治工程，為了清除泉水大石，也用火燒石，再趁熱澆冷水，使堅硬的岩石在熱脹冷縮中炸裂，以便開鑿。
這種“火燒水淋法”後世也有應用。比如明清時期也曾用“火燒
法”或叫“燒爆法”來開礦。在金屬冶煉技術中，由於溫度變化範圍大，熱應力問題最值得注意。殷商時代的青銅鑄造工藝中，就設法盡量減少熱應力。
例如殷代中期的盛酒青銅器“四羊方尊”，它的羊角頭采用“填範法”鑄成中空，泥胎不拿出。這種方法不僅節省了青銅，更重要的是可以避免在冷縮過程中由於厚薄關係而引起縮孔和裂紋。
同時期一些青銅器的柱腳或粗大部分，也采用這種方法，隻有柱腳最末端一二十厘米是鑄成實心的。這種填範法是為了減少熱應力。3000多年前減少熱應力的“填範法”與後來增大熱應力的火燒法，都從不同側麵顯示了我國古代對於熱膨脹與熱應力的認識。