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古人取火有诀窍
希腊神话有普罗米修斯盗取天火的传说,中国没有。何必盗取天火呢?我们远古有燧人氏钻木取火。曾观木匠钻孔,钻头变烫,但未见过燃起火来。何故?摩擦生热,但导热损失也很大。如果需要取火,钻头须有棱角(增加产热效率),木块必求干燥(降低导热损失),钻具转速要快(增加做功的能量输入),还要在钻孔内放置燃媒(Tinder, 如木炭渣或棉絮,这是所谓的热薄型材料,易于点燃),庶可奏效。此法一也。
《庄子》说“木与木相摩则然”。后人拿两块木头互相摩擦,生出微温而已,不可燃,何故?做功慢而散热快,输入能量不足,不足以引燃。为此,古人用檀木造飞轮,套横轴上,摇柄快转。然后以干透的槐木条触压轮边,木条很快冒烟燃烧。也就是说,使用轮子,提高速度,增加产热速率,来抵消散热的影响。此法二也。
法三是用阳燧取火,见崔豹《古今注》。阳燧是凹面青铜镜,形如杯碟,对着太阳,聚焦艾绒(典型热薄型材料,加热无损失,升温快),很快点燃。这是反射型聚光装置,可以利用太阳能点火。加州的太阳能发电站,就是使用反射式聚光装置,来加热集中式锅炉,效果暂时比太阳能直接转电荷的太阳能板好。
法四是用水晶球取火。《旧唐书》云:“罗刹国出火珠,状如水精。日午时以珠承影,取艾依之即火出。”古罗刹国在今印度境内。火珠即水晶球,当作凸透镜用,亦聚焦燃艾绒,与阳燧同。这是透射型聚光装置,可以汇聚阳光的热能而点火。法四的变异之一是用冰取火。有古书说“削冰令圆”,大概是凸透镜的取火原理,取火如凸透镜之聚焦太阳光。惜乎冰怎样削,语焉不详。美国火场调查手册《Kirkland Fire Investigation》,提到某些非常奇怪火灾,和室内悬挂的玻璃装饰物有关,原来还是透镜取火啊。
法五是用燧石敲击取火,后来演变成打火机。打火机的主要燃料是煤油(需要烛芯的帮助),现在用的是更干净的燃料丙烷,都是对点火能量要求极低的燃料,可以在火星中点燃。古人缺乏引火燃料,因此燧石取火这种常见的点火方式,反而出现很迟。《水浒传》中常见的一种说法是“打尖留宿”,“打尖”是相对于“留宿”的,经过有人考证,原来打尖就是打火,意思是指在客栈停留,只吃饭不留宿。可见至迟在宋代,国内就开始流行使用燧石打火。古人比今人,更具有火灾常识,无他,唯手熟耳。今人没有那种费力取火的经验,本能的反应是见火就逃,反而造成火势失控。很多潜在的燎原之火,可以撒泡尿浇灭。如何教育人们正确看待火灾蔓延,是现代远离明火实践的社会的最大挑战。美国火场损失大的原因之一,就在于此。
现代人还有一种摩擦取火之法的遗迹:取竹筷一根,裹以铺床稻草,踩以塑料鞋底(导热系数小,可以防止导热损失),在粗糙的水泥地上(增加摩擦阻力,提高生热的效率),来回滚动摩擦。总要踩紧(压力可以提高热能的转换效率),保证三分钟出火。据说,国内狱中非法吸烟,可以通过这办法取火的,真是现代燧人氏呀,实践出真知。不过我对这种方法产生明火表示怀疑,点烟没有问题,因为烟丝是多孔介质,可以无焰燃烧,如何转化成明火,则需要另外的燃料加以过度了。缓燃转明焰的过度,需要有一定的传热条件,这不是一个人人都知道的火灾动力学常识。
也就是说,古人取火,必须利用太阳能(3/4)和机械能(1/2/5/6),太阳能科研通过反射聚焦或投射聚焦两种途径,机械能可以通过钻木,飞轮,燧石和地面来进行,通常的改进方法包括减少散热损失和增加阻力(即转换效率)这两个环节。点火问题,其实就是一个能量转化与防止散失的平衡问题。
另外,消防工程师对火灾蔓延的关注要超过对点火的关注,没有燃料堆积问题和救助不力的问题,点火影响不大,燃烧不远。如果孜孜以求地调查失火,不关注燃料和救援问题,就是避重就虚的做法了。科普工作,更应当重视这一点。
有道是,古人点火有门道,阳燧凸镜太阳能;摩擦生热难点火,点火成功靠减损。
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