传统测温方法

定量测试温度是温标系统建立和温度计发明之后的事情。在此之前,人们没有温度概念,也就不可能存在现代意义上的温度测量。

但是,冷热现象是客观存在,古人在生产和生活中不可避免要大量接触, 这就带来一个问题:如何判定物体的冷热?在这方面进行的长期摸索,使得中国古人逐渐积累起一套传统的定性判定温度高低的方法。

人们在判定温度高低时,首先是依靠自己的感觉。我国古文献中描述物体冷热程度的词汇很丰富,从低温到高温依次用冰、寒、凉、温、热、灼等表示。这套术语,就是跟人们的主观感觉密切相关的。实际上,不管世界上哪个民族,在日常生活中需要判定物体的冷热时,没有不以自己的直接感觉作为主要测试手段的。

这种以人体的直接感觉作为判定物体冷热程度的方法,在中国古代也曾有过自己十分值得称道的实践,那就是北魏贾思勰在《齐民要术》中的记叙。贾思勰在该书《养羊》篇的“作酪法”中提到,要使酪的温度“小暖于人体, 为合宜适”。在“作豉法”中更提到“大率常欲令温如腋下为佳”,“以手刺之堆中候:看如腋下暖。”这些,都是以人体体温为比对标准,判定待测对象冷热程度是否符合要求。人体体温一般变化幅度不大,而腋下体温又是人体各部分中较为稳定的,以腋下体温为标准,判断结果自然就比较准确。所以,贾思勰提出的以腋下体温为标准的判定方法,是合乎科学道理的。

古人在判定物体冷热程度时,还采用过另一种方法:观察热效应引起的物态变化。《吕氏春秋·慎大览·察今》篇的一段描写,就属于这类方法:

“审堂下之阴,而知日月之行,阴阳之变;见瓶中之冰,而知天下之寒, 鱼鳖之藏也。”

这涉及到通过观察水的物态变化来粗略判定温度范围,它有一定的科学道

理。我们知道,在大气压保持不变情况下,水的相变温度是恒定的。一般情况下,大气压变化幅度不大,水的相变温度基本上也保持不变,这样,通过观察瓶水结冰与否来粗略判定温度范围,原则上是可行的。

《吕氏春秋》记述的这种方法,在后世文献中常被提及。《淮南子》中就有类似的说法。《淮南子·说山训》说:“睹瓶中之冰,而知天下之寒。”

《兵略训》说:“见瓶中之水,而知天下之寒暑。”见到瓶中之冰,可以知道气温之低,而冰化为水,则又昭示着气温的回升。由此可见,古人还是比较看重这种方法的。这种方法比起凭主观感觉判定物体冷热,是种进步,因为它是建立在客观因素的基础之上的。而凭主观感觉判断,则易受人所处状态影响,从而导致作出错误判断。例如,刘向《新序·刺奢》讲述了一个故事,就涉及于此。故事说,春秋时期,卫灵公在天寒地冻之时,要大兴土木, 修造池苑。臣下劝谏说:天气寒冷,这时兴工,会冻伤民夫。卫灵公表示怀疑,反问道:天气冷吗?臣下说:您身着狐裘,座上熊褥,室内还有炉子, 自然不冷。可是民众衣不蔽体,鞋不履脚,他们当然是很冷的。这里卫灵公对外界气候判断的失误,就是由于他自身所处状态的温暖所致。但《吕氏春秋》所记叙的这种方法,却可以不受观察者本身所处状态冷暖的影响。如果卫灵公能够运用这种方法,去看一看室外瓶中的水是否结冰,也许他就不会再产生修凿池苑的念头了。

在古代的测温术中,还有一种方法值得一提,那就是“火候”,用于对

高温状态的判断。“火候”的实质是通过观察炉火颜色来大致判断炉温。这一方法与古人的熔炼技术同步发展,是古人冶炼经验的结晶。古代的铸工在熔铸青铜的实践中,摸索出了一套掌握熔炼火候的简便方法,《考工记》中最早记载了这套方法的具体内容:

“凡铸金之状,金与锡,黑浊之气竭,黄白次之;黄白之气竭,青白次之;青白之气竭,青气次之,然后可铸也。”

“金”,指铜。铜与锡,冶炼出来的是青铜合金。这里讲的是冶炼过程中焰

色的改变。《考工记》的描述是合乎科学道理的。在熔炼金属时,炉温不同, 焰色也不同,这决定于熔炼过程中产生的气态金属原子的发射光谱,也与辐射背景有关。金属里含有碳、钠之类杂质,它们的汽化点不同,在加热过程中,随着汽化物产生的先后不同,炉中也就呈现出不同的焰色。开始加热时, 矿料附着的碳氢化合物和一些杂质等燃烧而产生黑烛气体。炉温继续升高, 焰色转为黄白,这是由于金属中含有的钠原子汽化发光所致。再继续加热, 焰色转为青白,这时汽化的金属原子以锌为主,锌在高温下燃烧生成白色氧化锌。在 1200°C 左右,锌将彻底挥发,这时,“炉火纯青”,炉温足够高, 可以用来浇铸了。由此可见,这种通过观察炉火焰色来大致判定炉温的方法是可行的。时至今日,在某些冶炼过程中,仍然采用观察焰色判定炉内化学反应进程,配合仪器仪表的监测进行操作。

我国传统的测温方法,只能粗略判定温度的变化。17 世纪,欧洲发明了一些重要科学仪器,其中包括温度计。这一发明经传教士之手传入我国,引起我国学者兴趣,官方和民间都有人去实践制造“测温器”。之后又经过漫长的发展演变,我国才逐渐普及了采用有固定温标划分,不受气压变化影响的新型温度计,从而使得对温度的测量最终走上了更为科学的道路。