摩擦取火以及對熱的本質(zhì)的

認識除太陽以外，火是上古時代人的唯一的地上熱源。原始社會時期，人們已學(xué)會利用火，發(fā)明了鉆木取火的方法。用兩條木片，使其之一的一端與另一條激烈摩擦，在摩擦點附近放上易燃物質(zhì)。摩擦運動產(chǎn)生高溫，甚而迸出火星，易燃物質(zhì)即著火。史籍記載，這個方法是由原始社會初期的燧人氏發(fā)明的，故稱“燧人氏鉆木取火”。通過鉆木取火，人們在春秋戰(zhàn)國時期懂得了一條熱學(xué)的基本規(guī)律：“木與木相摩則燃”。(《莊子·外物》)

古代人還發(fā)現(xiàn)其他種種摩擦取火的方法?！蛾P(guān)尹子》說：“石擊石即光?！边@是石塊與石塊的碰撞發(fā)火。摩擦竹片也能發(fā)火。以一片竹瓦(竹筒破而為二，似瓦狀)覆蓋紙灰，在其上穿一小孔，以另一竹片通過小孔往來摩擦，“三四回，煙起矣。十余回，火落孔中，紙灰已紅”(《物理小識》卷二)。從鐵器時代開始，人們發(fā)現(xiàn)鐵與石相碰擊或刮摩能發(fā)火，人們稱它為火石鐮、鋼鐮。還有陽燧取火，這已在光學(xué)一章中敘述過了。

值得注意的是，我國少數(shù)民族發(fā)明了種種取火工具。其中，如景頗族取火器，看來簡單，道理卻很深奧。景頗族取火器(如圖6-1)，以牛角作外套筒，木制推桿。桿前端粘縛艾絨。取火時，一手握住套筒，一手猛推桿入筒、并隨即將桿拔出，艾絨即燃?？诖蛋q，立見火苗。顯然，在19世紀(jì)以前任何一個民族都不知道熱力學(xué)中的絕熱壓縮過程。在這個過程中，系統(tǒng)不與外界發(fā)生任何熱交換，由于急速壓縮，體積急速發(fā)生變化，因而系統(tǒng)的溫度急速升高，以至達到燃點。景頗族的祖先以他們的聰明才智，在熱力學(xué)誕生之前很久很久，就在實踐中發(fā)明了符合絕熱壓縮原理的取火器。這種取火器通過東南亞而傳到歐洲，被稱為“活塞式點火器”。

圖6-1景頗族人發(fā)明的取火器

唐宋時期人們發(fā)明了原始的火柴。“夜中有急，苦于作燈之緩”(陶谷：《清異錄》)，聰明人削杉木小片，其薄如紙，將硫磺涂于木片端，當(dāng)它與熱灰燼或高溫物體接觸，即焰起發(fā)火。宋代市上成批出賣，俗名“火寸”、“發(fā)燭”、“焠兒”，又稱“引光奴”。近代火柴是以摩擦、使火柴頭上藥料生火，而它的祖先是接觸熱灰燼發(fā)火。從鉆木到火石鐮，再到火寸，是古代熱學(xué)技術(shù)不斷進步的表現(xiàn)。

除了發(fā)明種種起火方法外，古代人也發(fā)現(xiàn)了各種自燃現(xiàn)象。晉代張華說：“積油滿萬石，則自然生火。”(《博物志》卷三)張華還指出，生石灰遇水澆，亦焰起煙燃。宋代人就這些發(fā)現(xiàn)總結(jié)說：“油絹紙、石灰、麥糠、馬矢糞草，皆能發(fā)火?！?陳師道：《后山談叢》卷四)

中國是世界上最早發(fā)現(xiàn)并利用高溫燃料的國家，如煤炭、石油、天然氣的開發(fā)與利用，在歷代典籍中的記載屢見不鮮。

人類生活中，一方面要火，要高溫；另一方面又要冰，要降溫。早在西周初期，中國人就開始利用天然冰塊冰凍食品。當(dāng)時的一首民歌描述了冬日采冰的情形，它唱道：

十二月鑿冰沖沖響，

正月抬冰窖里藏，

二月取冰來上祭，

獻上韭菜與羔羊。

詩人屈原在其《賦·招魂》中寫道：“冰凍甜酒，滿杯進口真清涼?！蔽髦苋诉€制作了一種專置冰塊與食品的“冰鑒”(《周禮·天官·凌人》)，即冰盒或冰柜類的東西。古代的降溫方法中，如在盛夏之日引水上屋頂；(《舊唐書·西戎傳》)在養(yǎng)蠶室門口放幾桶新井水，“以生涼氣”(《農(nóng)書·農(nóng)桑通訣集之六·蠶繅篇》)，都有很久的歷史了。

熱究竟是什么？是物質(zhì)還是運動？這是18世紀(jì)科學(xué)界爭論的大問題之一。持“熱質(zhì)說”、“燃素說”者認為，熱是一種物質(zhì)，燃燒現(xiàn)象是因為自然界有燃素。這種學(xué)說在十七八世紀(jì)曾解釋某些熱和燃燒現(xiàn)象，但不能解釋摩擦起火現(xiàn)象?！盁崾且环N運動”是由倫福德伯爵(即本杰明·湯姆森，公元1753-1814年)在1798年從鉆大炮孔的摩擦實驗中作出的。他以此推翻了熱質(zhì)說，促進了熱學(xué)的發(fā)展。古代中國人對問題的回答二者皆有。

先秦時期，人們崇尚“五行”觀念。五行，即金、木、水、火、土，其中火也是自然萬物之一。因此，火是物質(zhì)的看法有著非常久遠的歷史。后來，道家著作《關(guān)尹子》發(fā)展了這種觀念。他寫道：

寒暑溫涼之變，如瓦石之類，置之火即熱，置之水即寒，呵之即溫，吹之即涼，特因外物有來有去，而彼瓦石實無來去。

在《關(guān)尹子》的作者看來，“外物”的來去使瓦石發(fā)生熱、寒、溫、涼之變。這種“外物”觀與熱質(zhì)說幾乎一致了。頗有意思的是，古代人還大膽地從五行觀念中找摩擦生火的根據(jù)。北齊劉晝說：

金性苞水，木性藏火，故煉金則水出，鉆木而火生。(《劉子·崇學(xué)》)

在他看來，摩擦起火是由于木本身含有“火素”或燃素的緣故。五行觀念給古代人輕巧地抵達科學(xué)彼岸提供了獨木方舟，但他們抵達的卻是一個更為離奇的世界，而不是科學(xué)。

中國古代人也有持運動說的。南唐譚峭在其《化書》中寫道：“動靜相摩，所以生火也。”他的思想一直影響到清代，鄭光祖在《一斑錄》中說：“火因動而生，得木而然?！惫糯藦你@木取火的經(jīng)驗中得出的這個結(jié)論是科學(xué)的。它和倫福德伯爵從鉆大炮孔中作出的科學(xué)結(jié)論完全一致。

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