前言
对于从古至今的人们来说,如何熬过严酷的冬天和难以忍受的夏天,是人生的一大难题。无论是寒冷还是炎热,它们都是人类的天敌,甚至可以置人于死地。即使在没有现代科技的古代,人们也会想方设法为自己创造一些复杂而舒适的条件。
在城市的夏天,有两种电器是我们离不开的,那就是冰箱和空调。对空调的渴望几乎成为了本能,面对酷热和口渴,人们的第一反应就是喝点冷饮。因此,冰就成了夏天最珍贵的东西。
我们现在的家用冰箱可以轻松制作冰块,我们在家就可以享用美味的冷饮。但是在没有制冰机的古代,人们夏天会想念冰块吗?事实上,情况并非如此。古人的智慧远比我们想象的要高。
古时候人们发现地下、洞穴等地方可以长期保持低温,所以冬天气温低到水自然结冰的时候,大量挖冰将冰块运到自然界中专门形成或挖掘的“冰窖”中,冰块可以一直保存到夏天。早在周代,我国就出现了专门管理冰窖的官员,人称“令人”。
我国古代可以制冰吗?
虽然冬天开采天然冰,夏天储存是一个非常简单的过程,但显然不是每个人都能拥有一个冰窖。在过去,这是贵族和富人的专属权利。那么古代的普通人真的只能在夏天默默忍受酷暑吗?
其实,劳动人民也发挥了自己的智慧。古时候最方便的天然“冰箱”是水井。把各种食物和水果装在竹篓里,挂在井水里,一会儿就可以享用美味的冷食了。但这最多只能算是“冷藏”。古人没有“冻结”的方法吗?
真相可能出乎所有人的意料,因为在2000多年前的西汉哲学著作中,《淮南子》记载了“冬天做口香糖,夏天做冰”的说法。《淮南子》是西汉淮南王刘安召集的“淮南学派”联合编撰的。又名《淮南鸿烈》,是淮南派的“内书”。
淮南派除了内书,还写了各种自然现象和生活技巧的“外书”,《淮南万毕书》就是其中之一。但遗憾的是,《淮南万毕书》全本已失传,仅存部分后世编修本。
根据现有资料,《淮南万毕书》其实记载了古代人造冰的方法。原句如下:“取沸汤入瓮,密覆新米粉,三日成冰。”密封沉入井中三日,水能结冰。
这个方法听起来有点奇怪。井水确实很凉,但为什么要用沸水来制冰呢?用冷水不是更好吗?虽然井水本身的温度很低,但还没有到冰点。为什么再热的水会结冰?
古代制冰的原理是什么?
对于《淮南万毕书》的这段记载,历代学者各有各的看法。尤其是近代物理知识传入我国后,人们更加怀疑这一记载的真实性。毕竟《淮南子》里面有很多神话传说的记载。
但也有学者认为,古人只是在不经意间掌握了一些现在很容易被我们忽视的物理知识。例如,温州大学学者洪振环认为,这种方法是利用气压较低的地方水的冰点升高的原理。气压会更低。
不过也有学者不同意这种说法,因为古代没有机器打井,不可能把井打到几百米深。古代人造冰的关键点就在于看似违反直觉的“沸水”,在密封的瓮深处发生了类似“焦汤效应”的反应,所以沸水可以迅速冷却,甚至最终冻结。
所谓焦汤效应,就是气体通过多孔材料时,发生不可逆的绝热膨胀,最终导致温度急剧变化。在这个操作中,密封瓮口的“泡沫”是多孔物质,水瓮可以密封其他部分。那么,这个猜想是否正确呢?
古代制冰实验
任何一种用来指导实践的理论,如果没有通过真实的实验,那就只是一种猜想和空谈。于是学者李志超就此进行了实验。他用一个球形玻璃瓶代替陶罐,装满水和温度计,密封好,将瓶中的水烧开,迅速放入装满冷水的桶中。古人的主张以可控的方式得到验证。
结果呢?李志超发现,刚开始的时候,瓶子里的水温确实下降的很快,从接近沸点的90多摄氏度,短时间内就降到了20多摄氏度,但是温度确实之后不要下降那么快。
会不会是存储时间不够的原因?毕竟在《淮南万毕书》上有记载,应该让安放三天。于是李志超又把瓶子放了几个小时,水温已经降到7.5摄氏度。他缓缓揭开封印,让外面的空气缓缓流入,平衡内外气压。
之后,瓶子里的水又下降了约1.5摄氏度,整体水温在6摄氏度左右,算是很凉爽了,但是显然离冰点还有一段距离。更不可能得到冰窖里储存的又大又硬的冰块。
古人真的会制冰吗?
本实验是《淮南万毕书》中第一个完整的制冰方法实验,为学术界提供了重要的研究资料。
关于《淮南万毕书》中记载的方法是否属实,也有一个很矛盾的结论:一方面,古人记载的这个方法确实可以在短时间内快速降低开水的温度,解释不是瞎编的,而是根据实际实验得出的结论的方法;但另一方面,这种方法似乎并不能使水达到真正的冰点,这是怎么回事?
有学者提出了另一种观点:也许这是劳动人民在现实生活中总结出来的方法,但编纂《淮南万毕书》的文人并没有真正实验过,所以他们不知道这个方法的实际效果,我是根据道听途说写进书里的。《淮南万毕书》历史上有很多这种说法的例子,但不能完全确定是不是这样。毕竟《淮南万毕书》里面的记载也是非常的简单和模糊。可能是忽略了一些关键步骤,导致最后的结果不尽如人意。总而言之,我国古代用热水制冰的原理,至今仍是困扰全世界物理学家的难题。
展开:冰箱的制冷原理
经过现代科技的发展,我们已经具备了任何季节都可以保存食物和制作冰块的能力,那么这台机器是如何工作的,耗电量是多少呢?我们在哪里?当我们的室内温度很高时,家用冰箱可以充当临时的“空调”吗?
现代冰箱主要由蒸发器、冷凝器、毛细管、压缩机组成。其中,主要耗电的是压缩机。压缩机启动后,带动气态冷凝剂,冷凝剂通过毛细管冷凝成液体,再通过蒸发器变成气体,吸收热量并以形态变化放出,从而降低冰箱内的温度。
由此可见,冰箱的运转本质上是一个“传热”的过程,因为根据能量守恒原理,没有能量可以凭空出现或消失。那么,冰箱传递的能量去了哪里呢?
其实就像空调有一个专门用来散热的“室外机”一样,冰箱也是通过向室外散热来释放多余的热量。如果你不相信我,我们可以在冰箱运行时触摸它的侧面和背面。你会发现温度很高。简单的说,就是把冰箱里面的原本的热量
散到我们的房间里。
了解了冰箱制冷的原理之后,我们也明白了一件事:天热的时候打开冰箱并不能达到整体的降温效果,因为冰箱本质上只能保证冰箱内部的空间。温度低,它的散热器也在室内,本质上和空调室外机放在屋内是一样的。
既然这个空间已经达到了热量的平衡,除了浪费电没有更好的效果了。因此,对于生活在炎热城市的现代人来说,使用空调、电扇等正经的避暑家电,让自己感觉更舒服才是更现实的。
结语
人类智慧指引着这个种族不断前进。对更幸福、更舒适生活的向往,促使我们不断攀登科技高峰。即使在科学理论不发达的古代,中国人在现实生活中也总结出了许多实践经验,可以让我们在生产力还不够发达的时代获得一些简单的幸福。
即使我们今天生活在一个物质高度丰富的时代,我们也不得不佩服这些从几千年前走过来的劳动人民。是他们创造了中华民族光辉灿烂的历史。我们应该随时向他们顶礼膜拜。
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