书城自然物理:在辉煌的历史里
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第15章 获得热源的妙法

热源是发出热量的物体。人类在一两百万年之前就开始利用热源,其中取火就是主要的途径。古代在实践当中总结了许多行之有效的取火方法,如钻木取火,利用凹透镜获取太阳光热源等。这些方式和方法,提高了生活的质量,推动了社会的发展。

综合历来资料的取火方法,可分为以摩擦等手段发热取火,用凹球面镜对日聚集取火,用化学药物引燃。这三种开发和利用热源的手段,伴随了人类生产和生活数千年。

通过摩擦、打击等手段发热取火始于旧石器中晚期,当时已经知道用打击石头的方法产生火花,后来又发明了摩擦、锯木、压击等办法。

古书上所谓“燧人氏钻木取火”,“伏羲禅于伯牛,错木作火”,“木与木相摩则燃”等,都不是子虚乌有,只是借华夏名人来体现古代先民获取热源的智慧。

铁器使用之后,人们也用铁质火镰敲打坚硬的燧石而发生火星,点燃易燃物。这些方法都是利用机械能转换成为热能,当然也是十分费力而且很不方便的。关于利用凹球面镜对日聚集取火,凹球面镜在古代被称为“燧”,有金燧、木燧之分。金燧取火于日,木燧取火于木。

夫燧,是古人在日下取火的用具。它是用金属制成的尖底杯,放在日光下,使光线聚在杯底尖处。杯底先放置艾、绒之类,一遇光即能燃火。因此,夫燧即金燧。

另外,《考工记》记载了用金锡为镜,其凹面向日取火的方法。可见,我国在4000年前已有使用光学原理取火的技术了。汉代,仍用金燧取火。当时也叫“阳燧”。即用铜镜向日取火,也用艾引火燃烧。至宋代,仍然流行金燧取火之法。实际上这就是今天的凸面玻璃镜。

如果我们拿着凸面玻璃镜,向着太阳,镜也会聚如豆,再用易燃物放在底下,顷刻间即可得火。古代没有玻璃,故用金镜。现代的太阳灶就是从这一道理发展而来的。

过去古人出门,身边都带着燧。因为那时的燧为尖顶杯,体积很小,都佩带腰间以备用。但以阳燧取火,有个不足之处,就是天阴或夜晚就不能取到火。

比如古时人们在行军或打猎时,总是随身带有取火器,《礼记》中就有“左佩金燧”、“右佩木燧”的记载,表明晴天时用金燧取火,阴天时用木燧钻木取火。阳燧取火是人类利用光学仪器会聚太阳能的一个先驱。

除了古籍记载,考古文物也有这方面的证明。考古工作者曾经在河南省陕县上村岭虢国墓出土一面直径7.5厘米的凹面镜,背面有一个高鼻钮,可以穿绳佩挂。

值得注意的是,和这面凹面镜一起出土的还有一个扁圆形的小铜罐,口沿与器盖两侧有穿孔,用以系绳。这大概是供装盛艾绒和凹面镜配对使用的。这可以说是人类早期利用太阳热能的专用仪器,距今已有2500多年的历史了。

凹面镜取火的具体使用方法,东汉时期经学家许慎的一段话说得比较详细:

必须在太阳升到相当高度,照度足够时才行;引燃物是干燥的艾草;所用的凹面镜的焦距只有“寸余”,聚光能力应当很好;艾草温度升高到一定程度,起先只是发焦,要用人为方法供给足够氧气助燃,才使艾草燃烧起火。自战国以来,还曾有过“以珠取火”之说,可能是利用圆形的透明体对日聚集取火,它的效能等于凸透镜聚焦。不过使用一直不太普遍。

我国利用化学药物引燃较早,南北朝时期,北周就发明了“发烛”。它是以蜕皮麻秸做成小片状,长五六寸,涂硫黄于首,遇火即燃,用以发火。在南方,发烛则用松木或杉木制成。

据元代学者陶宗仪的《辍耕录》上说,这种“发烛”实际上是在松木小片的顶部涂上一分左右长熔融状的硫黄。就是利用燃点很低的硫黄,一遇红火即可燃成明火。

从南北朝时期发明“发烛”开始,就有作坊开始专门制造作为商品供应,后来各地所用的材料略有不同,也有“发烛”、“粹儿”、“引光奴”、“火寸”及“取灯”等不同的名称。这种东西沿用时间很长,直至19世纪欧洲发明的依靠摩擦直接发火的火柴传入我国,才逐步取代了传统的引火柴。