对温度与湿度的测量

温度与湿度是热学中两个很重要的概念。温度与湿度的变化使物体形状发生变化，但不同物质的变形程度又是不同的。所以古人在此中也得到了不少有关的知识。

我国古代不仅对温度和湿度有一定的观察和记载，而且制造了一些测温、测湿仪器，表现了古代劳动人民对温、湿度计量的热忱。

冷热的概念自古已有，古人以寒、冷、凉、温、热、烫等术语所表示的温差范围，会随人而异，有极大的主观性。即使如此，古人还是找到了一些较为客观地判别冷热程度的办法。

在温度计出现以前，人们常凭自己的感官的感觉。例如用手触摸物体来判别物体是冷是热，冷热的程度如何等。这种以体温为基础的触摸感觉法，只能判断一定范围内的温差，而不是特定的温度概念。

还有通过观察水的结冰与否来推知气温下降的程度。如《吕氏春秋·慎大览·察今》就记载：“见瓶中之冰而知天下之寒。”这种做法被后世人们所认可。

汉代的《淮南子·兵略训》就有几乎同样的记载：“见瓶中之水，而知天下之寒暑”。这是因为，通过观察瓶中水结冰或冰融化，确实可以大致知道气温的寒暖变化。

古代人们想了不少隔热保温的方法，把冬天的自然冰保存至次年夏天。从周代开始就有“夏造冰”的说法，但当时怎么造法，还有待研究。

至于对温度的观察、测定更有多种方法，在节令、体温，以及冶炼和制陶等工作中，各自摸索出一套观测温度的方法。

古人对自然规律缺乏了解，认为反常节令是上天对帝王卿相失德的“告诫”。所以，要把节令记录下来，写到官修的史籍中去以占验吉凶。同时，对一些特定日期例如冬至时的气候状况，古人也比较注意记录。

至迟从11世纪起，官方就已经习惯记录冬至后9个九天当中每日的天气，这叫做“数九寒天”。在明清时期，人们常把这些日子的天气每天记录下来。

有关这方面的记录在清代汇编的《古今图书集成》中，有4卷之多。现在，我们从这些记载中可以看到中国古代气候的温度变化情况。

体温又是古代最恒定的“温度计”。因为正常人的体温基本相同。古代人就充分地认识了这种特殊的“温度计”，并在制奶酪、豆豉、养蚕、茶叶的加工工艺中应用。

北魏农学家贾思勰曾指出，牧民做奶酪，使奶酪的温度“小暖于人体，为合时宜”；他又指出，做豆豉，“大率常令温如腋下为佳”，“以手刺堆中候，看如腋下暖”。

宋代农学家陈旉在论及洗蚕种的水温时说：“调温水浴之，水不可冷，亦不可热，但如人体斯可矣。”

宋代茶学专家蔡襄曾说过，茶叶“收藏之家，以蒻叶封裹，入焙中两三日，一次用火常如人体温，温则御湿润，若火多则茶焦不可食”。

元代农学家王祯在论及养蚕的最佳室温时指出，养蚕人“需著单衣，以为体测：自觉身寒，则蚕必寒，使添熟火；自觉身热，蚕亦必热，约量去火”。

古人还通过观察发热物体的火焰颜色，掌握了高温目测技术。“火候”一词最初的本意是，观察发热物体的火焰颜色。

在金属冶炼或烧制陶瓷过程中，历代工匠都以火焰颜色来判别炉体内温度的高低。因此，火候实际上是古人创造的一种经验的高温目测技术。虽然，它具有很大的经验性，也不能标出温高的具体数值，但它有充分的科学性。

战国时著作《考工记》，最早记述了冶铸青铜的火焰颜色：

在熔炉中加入铜矿和锡矿而进行熔化的过程中，首先熔化挥发的是那些不纯杂物，它们的燃烧呈现黑焰色；然后，熔点较低的锡或杂物硫熔化并挥发，呈现黄白焰色；随炉温升高，铜熔化并挥发，铜与锡成为青铜合金，呈现青白颜色，进而炉火纯青，便可开炉铸造。

历代冶铸、陶瓷等工匠常用火候观察法，炼丹家和药物学家对此也有所发展。

古人为我们留下了许多物质的火焰颜色的记载，这些记载表明通过观察火焰颜色来判断温度的高低以及炉内气氛，确实是古人常用的判别温度高低的方法。这与近代物理学中用光谱学原理，对不同物质的不同特征火焰及其所对应的温度，来鉴别物质的方法是一致的。

在西汉时期，有人曾试图制作一个测温装置。《淮南子·说山训》记载：在瓶中盛了水，当它结冰，可以说明气温低，如其熔解为水，又可以说明气温之升高。这个观测或许可以认为是一种关于测温器的设想的萌芽。

真正称得上温度计的发明，是17世纪的事。1673年，北京的观象台根据传教士南怀仁的介绍，首次制成了空气温度计。但我国民间自制测温器的不乏其人。

据清代初期文学家张潮编辑的短篇小说集《虞初新志》记载，清代初期的黄履庄曾发明一种“验冷热器”，即温度计。

据记载，“此器能诊试虚实，分别气候，证诸药之性情，其用甚广，另有专书。”只是验冷热器的“专书”和实物都已失传，我们难以判断其具体原理和结构，估计是气体温度计之类的装置。

但它的结构与原理没有被记录下来，也可能是毛发式或天平式湿度计，但也有可能是气压计，因为空气的湿度与气压的关系是十分密切的。

清代光学家黄履也曾自制过“寒暑表”，据说颇具特色，但原始记载过于简略，难知其详。

由于原始记载过于简略，我们对于这些民间发明的具体情况，还无从加以解说。但可以肯定的是，他们的活动，表现了我国人对温度计量的热忱。

湿度是一个似乎很难捉摸的概念，它的变化与天气晴雨的关系十分密切，这在古人是有经验的。

古代测定燥湿的方法有多种，王充在《论衡》中记述了另一种判断燥湿的方法：“天且雨，蝼蚁徙，蚯蚓出，琴弦缓。”其中“琴弦缓”属于人们可以测量的物理现象，据此可以预报晴雨天气。

王充还对寒温的传播，从“气”的角度探讨热的传导的问题。他明确指出，热是靠气来传导的，越远，热在传导中损失就越大，因而渐微。

西汉时期曾经有一种天平式的验湿器。《淮南子·天文训》记载：“燥故炭轻，湿故炭重。”可见当时已经知道某些物质的重量能随大气干湿的变化而变化。又记载：“悬羽与炭而知燥湿之气。”说的就是天平式验湿器。

天平式湿度计的构造很简单：只要用一根均匀的木杆，在中点悬挂起来，好像一架天平秤。

两边分别挂上吸湿能力不同的东西，例如一端石子，另一端为咸海带；或者一端用淡水浸过又经晒干的棉花球，另一端为盐水浸过又经晒干的棉花球等。再使两端等重，天平平衡。

当大气里湿度大了，吸湿能力强的一端因吸入较多的水分而变重了，天平就倾斜，这就预示着可能要下雨了。这种湿度计具有简便易做的优点，而且也还灵敏，是人类最早的湿度计。

对于这种验湿器的结构与原理，《前汉书·李寻传》中说得尤其具体：把两个重量相等而吸湿能力不同的物体如羽毛与炭，或土与炭，或铁与炭分别挂在天平两端，并使天平平衡。当大气湿度变化，两个物体吸入或蒸发掉的水分多少互不相同，因而重量不等，天平失去平衡发生偏转。

这种验湿器简单易制，灵敏度也还好，使用时间很长，甚至在20世纪的农村气象哨站也还沿用，可见它具有很强的生命力。在欧洲也有过这种验湿器，那是15世纪才发明的，比我国迟了1600多年。

大气湿度变化引起琴弦长度的变化是很微小的，难于察觉的，但反映在该琴弦所发的音调高低的变化却是十分明显的。这里可以说已经孕育着悬弦式湿度计的基本原理了。

黄履庄在1683年制作成功了第一架利用弦线吸湿伸缩原理的“验燥湿器”，即湿度计。它的特点是：“内有一针，能左右旋，燥则左旋，湿则右旋，毫发不爽，并可预证阴晴。”

黄履庄发明的“验燥湿器”有一定的灵敏度，可以“预证阴晴”，具有实用价值。“验燥湿器”可以说是现代湿度计的先驱。

[旁注]

温差　温差是传热的推动力。对换热器进行传热计算时，因为冷、热两种流体的温度在大多数情况下总是沿着整个换热表面不断地发生改变，此时的温差是指冷热两种流体沿固体壁面温差的某种平均值。按所取平均方法不同可分为算术平均温差和对数平均温差。

贾思勰　北魏时期农学家。他所著的农学名著《齐民要术》，是我国农学史上一部最完整、最有系统和内容最丰富的农业百科全书，也是世界农学史上最早的农学名著。卓越的科学内容，对当时和后世的农业生产都有深远影响。

陈旉　自号西山隐居全真子。生于南宋偏安时期，在江苏西山隐居务农。于1149年写成《农书》3卷，详细总结了我国南方农民种植水稻以及养蚕、栽桑、养牛等生产技术的丰富经验，并且指出通过合理施肥改良土壤，可使地力“常新壮”。

蔡襄　（1012年～1067年）。北宋时期的政治家、书法家和茶学专家。担任过馆阁校勘、知谏院、龙图阁直学士、枢密院直学士等。为人忠厚、正直，讲究信义，且学识渊博，书艺高深，书法史上论及宋代书法，素有“苏、黄、米、蔡”四大书家的说法。著有《茶录》、《荔枝谱》等书。

王祯　（1271年～1368年）。元代农学、农业机械学家。所著《王祯农书》，继承了前人在农学研究上所取得的成果，总结了元代以前农业生产实践的经验，全面系统地解释了广义农业生产所包括的内容和范围，在我国农学史上占有极其重要的地位。

黄履　生约1800年前后，我国第一位女摄影科学家。黄履发明了多镜头暗箱，还发明了寒暑表、千里眼，还写诗作谱，精通天文算学，是多才多艺的钱圹才女。她发明制作了“能摄数里之外”的镜匣，这只镜匣又从杭州人黄氏处买得，故名“钱塘镜匣”或“西泠镜匣”。

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我国古代除了这些仪器以外，民间还用某些经验方法来测知湿度的变化。

比如明代科学家徐光启的《农政全书》引有一首农谚说：“檐头插柳青，农人休望晴；檐头插柳焦，农人好做娇。”

“做娇”指酿酒，檐头的柳枝如保持常青，说明水分难以蒸发，必是大气湿度大，天气不能放晴；柳枝如易枯焦，说明水分蒸发很快，必是大气干燥，天气易晴，气温升高，利于发酵酿酒。这些测量大气湿度的经验，是有科学根据的。