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      熱脹冷縮與物態(tài)變化
      
        
      
            佚名
            2025-03-26 11:46:26
        
      

        
      
           
      熱脹冷縮與物態(tài)變化
      熱脹冷縮現(xiàn)象在古代得到很好的應(yīng)用。古代人多以銅而少以鐵制作度量衡的標(biāo)準(zhǔn)器
      。他們的理由是
        ，“銅為物之至精
      ，不為燥
      、濕
      、寒
      、溫變節(jié)
      ，不為霜
      、露
      、風(fēng)、雨改形
      ?div   id="d48novz"   class="flower left">
      ！?《前漢書·律歷志》)顯然，古代人不可能精確地測定各種物體的膨脹系數(shù)
      ，因此也就不能比較銅與鐵究竟哪一個在同樣溫差下膨脹較多
      。他們只能從物體經(jīng)受風(fēng)雨寒熱之后的外表變化中選取較好的材料。由于鐵比銅更容易生銹
      、剝蝕
      ，即“改形”，因此將銅作為度量衡標(biāo)準(zhǔn)器的材料是理所當(dāng)然的
      ；而古代人從中發(fā)現(xiàn)寒溫之變會使物體“變節(jié)”
      ，這與熱脹冷縮的道理也是一致的。
      據(jù)《華陽國志》載
      ，在戰(zhàn)國末
      、秦統(tǒng)一中國之前，李冰為開鑿都江堰，曾利用熱脹冷縮原理打碎攔路巨石
      。都江堰兩岸懸崖巨石堅硬
      ，鉆斧工具無可奈何。李冰想出一個辦法：先在其上堆放柴草
      ，火燒柴草
      ，使巨石熾熱，然后用水澆
      ，于是石裂可鑿
      。東漢時，成都太守虞詡〔xu許〕主持西漢水(嘉陵江上游)航運整修工程
      ，也用了同樣的方法：“詡乃使人燒石
      ，以水灌之，石皆坼〔che徹〕裂
      ，因鐫〔juan娟〕去石
      。”(《后漢書·虞詡傳》)這種方法在水利工程和采礦工程中被廣泛運用
      ，并被稱之為“燒石易鑿法”
      ，“燒爆法”(《物理小識》卷七)。
      古代名門權(quán)貴
      ，腰間常佩帶轆轤劍
      ，劍柄玉制。所謂轆轤
      ，是兩塊球形玉相套合而成
      ，外形似“呂”字，“環(huán)口中間
        ，似轆轤旋轉(zhuǎn)
        ，無分毫隙縫”。古人如何將一個球形玉的軸塞進另一個的孔洞中
        ？原來是
        ，將帶孔洞的球蒸煮加熱，然后將另一球的軸塞入孔洞
      。元代陶宗儀經(jīng)過實驗之后
      ，得“煮之胖脹”的科學(xué)結(jié)論。(陶宗儀：《南村輟耕錄》卷二三)“胖脹”與膨脹是同一個意思
      。
      但是
      ，在蒸煮加溫過程中，如果溫度足夠高
      ，某些物質(zhì)的狀態(tài)就會發(fā)生變化
      。
      物質(zhì)有固態(tài)
      、液態(tài)和氣態(tài)三種狀態(tài)。溫度改變能使這三種狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換
      。人們首先從天氣變化中觀察到物態(tài)的變化
      。同是雨水，“夏日則雨水
      ，冬日天寒則雨凝而為雪”(《論衡·感應(yīng)篇》)
      。“云霧
      ，雨之徵也
      。夏則為露，冬則為霜
      ，溫則為雨
      ，寒則為雪”(《論衡·說日篇》)。在日常生活
      、煮水做飯中
      ，人們更經(jīng)常地觀察到水與汽兩相之間的變化。水與冰兩相間的變化使人們正確地作出其間溫度不同的結(jié)論：“冰
      ，水為之
      ，而寒于水?div   id="4qifd00"   class="flower right">
      ！?《荀子·勸學(xué)》)“冰生于水而冷于水
        。”(《劉子·精神》)
      在古代
        ，對于物態(tài)變化最有研究的當(dāng)屬煉丹家。他們?yōu)榱酥迫　伴L生不老藥”或“點鐵成金”
        ，終生隱居山林
        ，將一些藥物、礦物加熱
        、煅燒
        、蒸煮、冷卻
        ，使其物態(tài)發(fā)生變化
        。最早的煉丹家之一葛洪曾說：“丹砂燒之成水銀，積變又返丹砂
        ?div   id="m50uktp"   class="box-center">  ！?《抱樸子·內(nèi)篇·金丹》)“丹砂”是含汞的合金。他發(fā)現(xiàn)了固態(tài)礦物與液態(tài)汞之間的狀態(tài)變化
        。出于保密
        ，煉丹家的許多著作很難讀懂
        。但是，加熱汞的過程是眾所周知的
        。明清之際王夫之(公元1619-1692年)說：“汞見火則飛
        ，不知何往，而究歸于地
        ?div   id="m50uktp"   class="box-center">  ！?《張子正蒙注·太和篇》)這里說的是，液態(tài)汞經(jīng)加熱而變?yōu)闅鈶B(tài)飛往空中
        ，然后氣態(tài)汞又凝結(jié)為液態(tài)而掉落地面的過程
        。
      在長期煮水泡茶的生活實踐中，人們對于水的沸騰現(xiàn)象有仔細的觀察記載
      。在水未沸騰時
      ，無氣泡出現(xiàn)，稱為“盲眼”
      ；水初開時水泡像“蟹眼”那么大
      ，然后像“魚眼”那么大；最后水泡翻滾跳躍(蔡襄：《茶錄》上篇)
      。其實
      ，古代人觀察到水隨溫度升高而遞次沸騰的現(xiàn)象。
      沸騰是狀態(tài)變化的一種形式
      ，蒸發(fā)則是這種變化的另一形式
      。明代莊元臣說：“置水于室，弗動弗易
      ，久而水減寸焉
      。”(《叔苴子·內(nèi)篇》卷一)這正是水在常溫常壓下的蒸發(fā)現(xiàn)象
      。古代人酷愛硯石
      ，好硯石加上貴重硯匣，可謂文房四寶中珍品
      。因為好硯盒“復(fù)之以匣
      ，數(shù)日墨色不干。經(jīng)夜
      ，即其氣上下蒸濡
      ，著于匣中，有如雨露”
      ?div   id="4qifd00"   class="flower right">
      ！澳珰庹簦向v其墨
      ，乃著蓋上
        。久之
        ，蓋上之墨復(fù)滴硯中”(陸游：《老學(xué)庵筆記》卷八)。這樣
        ，墨水經(jīng)久不干
        。這種現(xiàn)象是由于墨水的蒸發(fā)，以及在密閉容器(墨盒)中過飽和的蒸氣凝結(jié)成水的緣故
        。
      

          
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