张妙声抛出这个问题,其实是想让大唐人了解温度这个概念,这对科学的发展有着重要的作用。
中国从古代就已经知道冷热,懂得以二十四节气来定气候变化,其中就有冷热的变化。
但他们始终无法计量冷热的程度,这使日后化学发展受到了一定的阻碍,毕竟很多化学变化跟温度有关,无法测量温度,就很难发现和总结出很多的化学规律,无法提高化学知识,使得化学上的技术落后于国外。
如果今天能给大唐引入温度这个概念,也许能播下了一颗种子,将来总会发展壮大的,长成参天大树的。
“我们平时说人有高矮,到底有多高,我们有计量的尺度。可以量出楼高几丈,人高几尺,这就是长度。如果没有长度,我们就不知道到底有多高,一个裁缝没有了尺度,只靠眼睛看,觉得这人很高,那人很矮,这样可以给每个人做出合身的衣服吗?”
听众一想,确实不能,没有了尺度,衣服不可能合身,打造的兵刃也不趁手,房屋可能都是歪的,所以都承认尺度也就是仙人说的长度很重要。
那就好了。张妙声就接着展开:“大家想想,如果冷热也有尺度,我们把它叫做温度,是不是会很方便?”
听众们懵懵懂懂,觉得似乎好有道理,但又不明白是怎样的。脑子一般的伸出手掌想量些什么,又想起冷热如何能用手量。聪明的细细思考,如果冷热能计量,会是什么样,能做什么事?
“大家一定觉得难以想象,温度这个东西看不见摸不着的,不像长度这么好理解。不要紧,我们慢慢来。
第一步,我们先定下温度的尺度,将煮滚的水的温度定为一百度,和水刚刚结冰时的冰水混合物的温度为零度,如果我们有办法量出温度,让它变成像长度一样,将刚才的两个温度点之间的长度分成一百多份,这样每一份就是一度,就可以像标志一样直接看出温度了。
比滚水更热的温度就继续延伸出去,温度增加,超过了一百度;比冰水更冷的温度在向下延伸,温度减少,在零度以下,成了负数。”
张妙声对温度的定义难倒了很多人,滚水的温度定为一百度,这个大家都能理解。但冰水的温度为零度,几乎没人能理解。
因为大唐还没有零这个概念,在使用算筹时,他们会空着一位作为零用,但他们认为是无。没有零这个数字符号,只有无。比如没有一百零八这个说法,只有一百单八,没有的东西不说出来。
天竺来的僧人会所以零这个符号,大唐人与他们交流才知道零就是无,但大唐人还没能接受天竺的说法。
所以冰水的温度是零度代表什么,在大唐人看来就是没有温度。
李泰毕竟年轻,没有被传统的算法束缚,有所领悟:“《九章算术》说:正负术曰,同名相除,异名相益,正无入负之,负无入正之。其异名相除,同名相益,正无入正之,负无入负之。若按天竺僧人的说法,零就是无,仙人的温度计量之法和九章算术正好吻合。”
但又皱眉道:“关键在于,冷暖如何以长度的方式计量。”
这时仙人又说:“第二步,我们要把温度的高低变成长度,以方便我们测量,这里就要用到热胀冷缩的道理。”
热胀冷缩?这个名词很好理解,大家都听懂了,但到底是什么东西热胀冷缩?
“世上的东西遇热都会涨大,遇冷都会缩小。我知道大家可能不信,因为日常生活中大家应该看到家里的器具不管是在冬天还是夏天,都没有变大或变小。确实它们变了,只不过变化太小,你们看不出来,如果你们用非常精密的尺子去量,就会发现它变长或变短了。不过非常小,只变长了头发丝粗细的长度。”
大唐的听众皆哗然,头发丝粗细的变化哪里是人可以察觉的,恐怕只有神仙才知道了。
“不过世上有一种东西热胀冷缩十分明显,那就是汞,也称水银。如果把水银放在底宽上细的管中,如果温度变化,可以很容易看出水银的升高或降低。所以水银很适合做温度计。只要标记下滚水时水银的高度和冰水时水银的高度,划分好两个标记间的份数,就可以从水银的高度看出温度了。
不过我要提醒各位一句,水银有毒,使用时要谨慎,如果可能,最好把水银密封在管中,以保安全。
而且水银会慢慢地,一点点地变成气体飘散在空中,所以用水银用温度计,最重要的是密封,不然水银慢慢变少,会使得温度计不再准确。”
水银有毒,要密封。李泰赶紧把这些记下,日后做温度计要小心,别把自己给毒倒了。
“此外,还有一种指针式温度计,做法是用铜片和铁片铆在一起,且铜片在左,铁片在右,形成一个整体。由于铜的热胀冷缩要比铁明显的多,因此当温度升高时,铜片牵拉铁片向右弯曲反之,温度变低,铜片牵拉铁片向左弯曲。只要将这铆好的金属片一端固定,看另一端的弯曲程度,就可知温度。
在弯曲的一端连上一个指针就可以来指示具体是多少度了。”
论道结束了,天上的广播也不再发声。
李泰寻思着,无论是做水银温度计还是指针温度计,都需要工匠做出十分精细的器具,也将考验工匠的能力,不过他相信大唐还是能找出这样的工匠的。
大唐的百姓们在这次论道中听了个懵懵懂懂,有些不明就理,但至少知道了冷热是可以计量的,叫做温度。这就可以了,能让他们知道这么个概念已足够了,不能指望着连书都没读过的百姓了解这些,有个概念上的认识已达到了科普的目的。
至于测量温度的研究,就要交给有知识的人去钻研了。