起点小说网 初级春秋 第三章 胡城战役 第四节 温度计

第三章 胡城战役 第四节 温度计

目录:初级春秋| 作者:法拉第| 类别:历史军事

    //7kankan.com//    一个6、7厘米见方的铜盒,插着一根半米长的铜管。(去看看小说网 www.7kankan.com)工匠们告诉姜海涛里面能装138克水,比计算的只多半克。铜管的内壁经过了抛光,可以用丝线吊入一段小竹棍。通过丝线的长度,他们首先把水位调整到了铜管底部往上5厘米处。这个工作颇费时间,得一点点地往里面滴水,然后用丝线竹棍去测量。他们曾把铜管里的水位降低到1、2厘米,可是发现那时把竹棍吊入水中后容易卡住,水位升高后才解决。

    姜海涛让人在炉灶上烧出一锅开水,然后把这个铜盒温度计放入开水中。物理课老师已经告诉过他,用开水加热一个小壶里的水,可以让其达到100℃,但小壶里的水不会沸腾。姜海涛感觉铜盒里的温度稳定后,又用丝线竹棍测量了一下,发现水位升高了18厘米。这样算下来,100℃的水要比常温下的水大3.5**%。[注030401]

    不过这里关键的数据还是那个“18厘米”,让姜海涛感到意外的满意。他本来还担心水位上升的过高或者过低。如果太高,那就意味着上面的铜管得长一些,用起来不方便;如果太低,那刻度区分就小,影响精度。水加热前的温度,也就是现在的室温、常温是多少,姜海涛不太确定,于是决定按照20℃来算。18厘米,意味着每1℃升高2.25毫米,足够看清楚了。他只需要把铜管的长度从半米缩短到25厘米,或者30厘米。

    铜盒里的水冷却后,铜管被截短,然后姜海涛马上用它对一名工匠的体温进行了测量。他原本是想告诉大家:人的正常体温为37.5℃。不料测量结果立刻打击了他——体温27.5℃!怎么会这样呢?

    又测量了几个人的体温,水位都在1.7厘米左右,于是姜海涛确定问题在温度计上。可是如果把水位1.7厘米处当作37.5℃,从100℃的18厘米算下来,那样也显然不合理。

    姜海涛为此足足想了一个晚上,最后认为:大概水的膨胀和温度不是直线关系。这样一假设后,他再把20℃、37.5℃、100℃三种温度值下的高度,0、1.7、18厘米画到坐标系上,用一条曲线把三个点连起来,就得到了一个新的温度和水位的关系表。比如50℃时的水位在4.5厘米处,70℃在9.2厘米处。

    姜海涛不知道自己这样定是否正确。可是后来他一想:管它4.5厘米处到底是不是50℃呢,只要自己把这位置定作“50℃”,试验后如果发现这个温度最适合缫丝,那今后就把水烧到4.5厘米处,不就行了吗?而且自己反复检查过,确定试验中没什么其它问题,人体温度确实在1.7厘米处左右,而铜盒里的水也没有任何损失或增加。去看看小说网 w-W-w.7-K-aNKan.c-o-m。这种情况下再用曲线连接那三个点,好像也说得通。就像抛物线规律,不也不是直线吗?

    就这样,姜海涛的第一个温度计算是完成了,被称为“铜盒温度计”。为了直接看出读数,一根羽毛杆代替了丝线和木棍,成为一个浮子插在铜管里。看它露出多长,就能知道温度多少了。姜海涛还让工匠们再造几个温度计,装水后调整好,一起测量普通水、开水的温度和体温,再次进行对比。他事先考虑到了铜盒的容积误差,这会让水位值有一些区别,比如放到开水中后升高的不到18厘米。不过这时按比例调整一下就行了。只要铜管内部足够光滑,就可以保证测量误差不大。随后的试验证明,这批铜盒温度计测量同一目标的温度时,差别也就在1、2度之间,应该可以用了。

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    两个温度计被送到了缫丝试验组那里。姜海涛随即开始设计第二种温度计。

    因为铜盒温度计显然不可能用到冶炼炉上,也不能用去测量经过回热系统的热空气。那里的温度肯定会超过100℃,而且很容易让水蒸发,也就相当于破坏了温度计。他询问了很多工匠,似乎都没有见过他描述的那种像银子一样颜色,可以流动,还很重的液体。而且在姜海涛的记忆里,水银的蒸发温度似乎也不高。看来要想对付热空气,还有炉窖里的高温,只能利用金属材料的热胀冷缩了。

    铝的热胀冷缩好像很明显,不过现在没有。现在常见的金属就是铜、锡、银、金。姜海涛决定测量一下它们的膨胀比例,方法是造一根金属条,长一些,然后放到开水里加热,比较加热前后的长度。把这个设想和工匠们讨论后,他又得到了两个建议:第一,不必考虑锡了,因为它在温度稍微高一点时就变成粉末,然后融化,肯定不能用来测量炉窖里的温度,就算热风吹一吹也够呛;第二,造两根一样长度的金属条,一个留外面,一个放热水里,这样放到一起就能比出长多少。

    姜海涛立刻去归豹那讨要了一些金银。归豹开始还以为他是要赏赐,得知是造温度计,而温度计又是为了改进缫丝、冶炼炉、烧玻璃,并且姜海涛还会归还后,大方地让人送来了好几公斤。

    第二天金属条就铸造好了,而且除了铜、金、银,姜海涛还铸造了锡条,是因为这东西就算造不了温度计,姜海涛还是想知道一下它的膨胀情况。

    在姜海涛的记忆中,金属的热胀冷缩虽然比石头、木头等大多了,但也是非常小的,所以他把这些金属条的长度都定在1米。(去看看小说网 www.7kankan.com)直径都在1厘米左右。这时候姜海涛发现铜、金、银条很容易弯曲,这让他想到这种柔软可能影响今后的测量,因此又铸造了更坚硬一些的青铜条。为了让整个金属条都热到100℃,姜海涛还让工匠们铸造了一个95厘米深的铜管当作烧水容器。

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    第一次试验结果却让姜海涛有点无奈。开水里的金属条拿出来后一对比,大多比外面的那根长了,可是长得很有限,只有一毫米多点。锡条则没有什么变化。工匠们倒是想出了比较哪种材料热胀最快的办法,那就是把四根金属条都放到开水里,看那一根最高。差别非常小,但还是可以看出银条最高,然后是铜条、青铜条,金条最矮。然后再多次对铜条和青铜条加热测量,得出它们升温到100℃时,大概能变长1.4毫米左右。可是对姜海涛来说,这意义不大,只能说明用铜或者青铜造温度计要比金银更合适。现在的关键问题是这个膨胀比例实在太小了。

    1米长的铜条,温度升高近100℃,或者算80℃吧,只长了1毫米。那测量热风或者炉膛的温度,它也只不过长几毫米,观察时可得非常仔细。而且这么长的铜条,用起来多麻烦呀!

    这个问题足足困扰了姜海涛两天,后来井提出了一个办法:把1米铜条卷成小圆圈,一端固定,另一端顶到一个旋转的指针上,这样即使只长1毫米,也能让指针转动。大家刚听到这个办法时觉得不错,计算后发现把铜条盘成5厘米的圆,就可以让指针转动3度左右,应该容易看出变化了。而且还可以利用指针长度把旋转角度放大。比如长10厘米的指针,铜条膨胀1毫米,指针顶端就会摆动2毫米。

    可是真按这想法造的时候,却发现不太容易。首先,他们肯定不能用金属容器装这铜圈,特别是铜容器,否则大家一起膨胀。石头的膨胀应该比金属小得多,于是他们决定用石头作容器,在上面挖一个圆坑,四壁抛光。这费了不少功夫。把螺旋形的铜圈放到这个圆坑里后,一端顶在石坑底部的一个槽上,另一端则拐出一段1厘米长的,托住一个旋转的指针。指针中心固定在石坑中心。这样就有了一个外面是石盘、里面是铜条的温度计。

    第一次试验是把它整个浸入开水,结果却不太成功,因为指针转动的角度不到2度,而预测值应该有3.42度左右。大家把它拿出来又放入水,左右查看,还把里面的螺旋铜条取出再装上,甚至又盘了一根铜条代替它。最后有人通过指针发现了问题:由于铜条上方没有东西限制,所以这个铜条在沿螺旋线膨胀的同时,也在沿着石壁往外膨胀,这就让铜条间有了更大间隙,结果在某些地方弯曲了。于是他们重新盘紧了铜条,又在石坑上面扣了一个石板盖。这个盖子也正好成了指针面板,直径20多厘米,上面刻了94个角度值,正好一个直角。另外,由于指针的轴心穿过这里,后面的石坑壁被磨得更薄了一些,能够加快传热过程。

    这项改动足足花了大家一天时间,但效果不明显:指针在开水中的转动角度只有2.7度左右。[注030402]

    姜海涛虽然还不太满意,但觉得这个温度计总算可以实用了。于是他让工匠们准备一些石块,准备制造这种新式的“盘铜温度计”。把它放到热风出口那,应该能看出温度多少。不过要测量炉窖里的温度时,肯定不能把它直接放到炉内,否则铜都快熔化了。姜海涛的计划是把它镶嵌在炉壁的某个地方,深度大概在炉壁厚度的一半,这样测出的温度大概是炉内温度和外壁温度的平均值。按照记忆中铜的熔点,1000℃左右,还有铁的熔点,大概1500℃,烧瓷器的温度,大概1200℃。只要调整好盘铜温度计的深度,可以让它上面的温度在500℃左右。这样虽然得不到真实的炉内温度,但也能比较定量地了解和控制炉内温度了。

    可是姜海涛正在思考这盘铜温度计怎么安装,豫带着几个工匠找来了,把他这个盘铜温度计给“终结”了。

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    原来他们想出了一个办法放大铜条的伸缩:把铜条改成长片状,稍微厚一点,不弯曲;铜条一端固定,另一紧紧压在一根1毫米直径的细铜轴上;铜条即使伸缩1毫米,也会带动细铜轴转动122度,这不是比盘铜温度计上的那个指示更明显吗?

    听到他们的想法,姜海涛不禁狠狠地闭眼皱眉,暗骂自己笨蛋、愚蠢!因为这办法他早就应该能想到。在介绍热胀冷缩时,老师曾带领他们做过一个物理实验:把一个塑料尺放在桌子上,一端用手指压住,另一端的下面压上一根针;针上穿了一个纸板,要在中心处;然后用吹风机往塑料尺上吹热风,结果就能看到纸板慢慢旋转。靠!自己怎么把这忘了,白忙活了几天!

    看他的表情,豫等人还以为自己的设想有问题。正揣揣不安,就看到姜海涛突然睁开眼大叫:“好办法好办法!赶紧让他们别造石壳了!快点召集人,咱们赶紧从头设计!”

    新的温度计变成了羽毛球拍状:一根35厘米长、2厘米宽厚的石条;中间刻有一道直直的深槽,宽5毫米,深1厘米,顶端呈燕尾形;一根31厘米长的铜条放在这个槽里,顶端也是燕尾形的,固定在石槽里;底部的深槽稍微宽了一点点,在铜条两侧和石壁之间夹着两根细铜针,直径只有1毫米;一根铜针的顶部有T形横枝,左右各长5厘米,作为指针;一个带缝的圆形铜板,直径12厘米,被插到指针和石条之间,上面还标有刻度。

    为了让铜条直线膨胀,石槽和铜条的直度都要求很高,因此花了不少时间人工打磨。它们的尺寸也很接近,放入后铜条和石壁之间只有一点点缝隙,刚够**一片薄薄的竹篾。这片竹篾也会用来检验铜条在热胀过程中是否会弯曲,碰到两侧的石壁。

    不过在试验中没有出现这种情况,因为铜条比原来又厚又短,不容易弯了。“羽毛球拍”的杆**热水中后,指针很快就转过了41度。这基本上相当于温度每升高10℃,指针就能转5度,很容易观察啊!

    姜海涛大受鼓舞,又把铜盒温度计拿来一个,和它一起放到锅里重新烧水。随着水温慢慢升高,两种温度计的指示刻度还比较相符。不过相对来说,铜盒温度计的指示不如新温度计方便,而且它还存在一个水分挥发的问题。

    最后这种新式温度计得到了大家的一致好评,被命名为“压针式温度计”。工场立刻开始制造一批,用到缫丝、回热、烘茧、造纸试验中。另外它还担负了一项任务,就是给归苓当作玩具。那小姑娘死活要去了一个当体温表,让女仆们一个个抱到怀里看谁的体温最高。

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    [注030401]:这里姜海涛没有考虑到铜的膨胀。实际上,100℃的水要比常温(20℃)下的水大4.15%左右。

    另外,姜海涛不可能把制定的这个温度标准叫做“摄氏度”,应该会建议它叫做“胡度”,不太好听,换成“热度”怎么样?水冒泡时的温度是100热度,结冰的时候是0热度,正常体温是37.5热度。这样挺好的。不过为了方便大家和现在的情况对比,尽量不产生歧义,我将其自动替换为“℃”。说实话,这么写我更麻烦,因为无法直接用键盘敲出“℃”。

    [注030402]:这里姜海涛忘了石头也是会膨胀的,所以预测的角度值偏大。在20℃时,铜的膨胀系数大概是0.000017/℃,花岗岩大约为0.000003/℃。因此1米长的铜,升温80℃,会变长1.36毫米,花岗石会变长0.24毫米。
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