古人如何測量空氣濕度?從觀察琴絃到濕度測量儀
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人們通常説的“空氣濕度”一般都是指“相對濕度”,它是空氣中實際水汽壓與當時氣温下的飽和水汽壓之比,用百分數表示,百分數越大,表明空氣濕度越大。
古人當然不知道相對濕度的百分數,但大致的空氣乾濕概念還是有的:濕度越小表示空氣越乾燥,濕度越大表示空氣越潮濕。早在西晉,傅玄就有一首《炎旱詩》問世,詩中的“河中飛塵起,野田無生草。”就寫出了空氣的乾燥和旱情的嚴重。宋代梅堯臣的《梅雨》詩中就有“濕菌生枯籬,潤氣醭素裳。”其中的“潤氣”就是潮氣、濕氣。古人甚至還能根據空氣濕度的大小進行天氣預測,唐代黃子發著的《相雨書》裏便有“壁上自然生水者,天將大雨”、“石上津潤出液,將雨數日”等記載。
空氣濕度肉眼是看不到的,怎樣大致評估出空氣濕度的大小,其實就涉及空氣濕度的測量了。
我國是最早發明測濕儀器的國家。東漢王充在《論衡·變動篇》中曾經談到,琴絃變鬆,天就要下雨。琴絃變鬆,是天變潮濕、絃線伸長所造成的,表示空氣濕度較大。可見,古代的絃琴也可當作原始的空氣濕度測量儀器。現代毛髮濕度計中的“毛髮”,其實就是古代琴絃的微縮和精確。
元末明初婁元禮在《田家五行》一書中也説,如果質量很好的幹潔絃線忽然自動變鬆寬了,那是因為琴牀潮濕的緣故;出現這種現象,預示着天將陰雨。他還談到,琴瑟的絃線所產生的音調如果調不好,也預兆有陰雨天氣,這其實也是因為變鬆寬了的絃線,其音準敏感度降低了,合乎科學道理。
在《史記·天官書》中曾提到一種把土和炭分別掛在天平兩側,以觀測掛炭一端天平升降的儀器。這其實就是原始的“濕度計”。原理是:天氣乾燥了,炭就輕,天平就傾向於土;天氣潮濕了,炭就重,天平就傾向於炭。也就是古人説的“燥故炭輕,濕故炭重”。《淮南子·泰族訓》曰:“夫濕之至也,莫見其形,而炭已重矣。”翻譯成現代漢語就是:濕氣到來的時候,人是看不見的;但是炭已經表現出沉重了。這就進一步闡明瞭這個測濕儀器能測量出看不見的水汽。顯然,這樣的測濕儀器在測量方式和精確度上,比“琴絃測濕”又進了一步。
清康熙年間,西方來華傳教士南懷仁曾用小鹿的筋做成一個絃線濕度表,以驗空氣中的燥濕。其原理也是“鹿筋吸濕”,但如此製作儀器,取材太殘忍也太昂貴了。
最接近現代濕度計的測濕儀器的發明者,當數清代發明家黃履莊。1656年出生的黃履莊,發明或改進過許多光學儀器(如探照燈、望遠鏡、顯微鏡),也發明過許多“驗器”,其中的驗冷熱器,就是現代“温度計”的雛形;而驗燥濕器,就是現代“濕度計”的雛形,它利用絃線吸濕伸縮的原理,測量空氣中的濕度,比瑞士人索修爾發明的毛髮濕度計,早了一百多年。
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