作者簡(jiǎn)介

許秀華，畢業(yè)于北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院。從事科技記者、醫(yī)學(xué)記者等職，科普作家、中國(guó)科普作家協(xié)會(huì)會(huì)員、中國(guó)生物工程學(xué)會(huì)會(huì)員，著有少兒科普書(shū)《超級(jí)農(nóng)業(yè)》（北師大出版社）、孕產(chǎn)期保健科普書(shū)《媽媽寶貝愛(ài)妻錄》（科學(xué)出版社）、《盧良恕院士傳》（人民出版社），全程執(zhí)筆《轉(zhuǎn)基因，給世界多一個(gè)選擇》（農(nóng)業(yè)出版社，獲2014年全國(guó)優(yōu)秀科普作品獎(jiǎng)）、《南水奇遇記》（水利出版社），為《科學(xué)大眾》《生命世界》等多家少兒科普雜志撰稿人。

傍晚的江南水鄉(xiāng)，江邊的蔞蒿像翻滾的綠色浪花，從江岸向遠(yuǎn)處鋪展開(kāi)來(lái)。江水歡快地迤邐而過(guò)，在靠近岸邊的地方，蘆葦才冒出短短的嫩芽。若是捕撈上河豚，就著蔞蒿、蘆葦?shù)哪垩?，那該是多么美味！這是僧人惠崇所繪的一幅畫(huà)，名為《春江晚景》。宋代大文學(xué)家蘇軾為這幅畫(huà)創(chuàng)作了一首膾炙人口的七言絕句——《惠崇春江晚景》。

惠崇春江晚景

〔宋〕蘇軾

竹外桃花三兩枝，

春江水暖鴨先知。

蔞蒿滿地蘆芽短，

正是河豚欲上時(shí)。

蘇軾看到畫(huà)中在江水里自在游弋的鴨子，栩栩如生，不禁熱心地替鴨子說(shuō)：“江水變暖和了，春天來(lái)了，我們最早知道?！?/p>

用水溫判斷季節(jié)變換，有點(diǎn)滯后

要是憑借江水的溫度來(lái)判斷四季的變化，小鴨子只能是后知后覺(jué)，沒(méi)有能力搶先發(fā)布。為什么呢？這要從水的比熱容說(shuō)起。

比熱容作為物質(zhì)的一種物理性質(zhì)，顧名思義，就是一種物質(zhì)容納熱量的能力。同一物質(zhì)的比熱容一般不隨質(zhì)量、形狀的變化而變化。比如，我們將鐵筷子和木筷子放在水里，然后把水燒熱，哪個(gè)會(huì)熱得快？當(dāng)然是鐵筷子，因?yàn)榻饘勹F的比熱容小。鐵和木頭都獲得了同樣的熱量，然而鐵很快就以“發(fā)高燒”的方式給了反饋，而比熱容大的木頭卻依舊保持“正常體溫”。

水的比熱容更大，比土壤、巖石、空氣的都大。要讓水和土壤、空氣、巖石升到同樣的溫度，要給水提供更多的熱量。同樣的熱量供給下，水溫上升的速度比巖石、土壤和空氣慢。同樣，因?yàn)樗谋葻崛荽螅屢慌铚厮禍?，也需要更多地供冷。往往周邊的土壤、巖石已經(jīng)冷卻下來(lái)了，而水仍舊是溫的。

春天時(shí)，盡管天氣很暖和了，江河湖海里的水卻仍是寒冷的。秋天時(shí)，已經(jīng)涼氣襲人，而江河湖海里的水卻依舊溫暖。

春天時(shí)，當(dāng)?shù)厍騼A斜著自轉(zhuǎn)軸圍著太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí)，太陽(yáng)光斜射與地面的夾角變大，傾瀉到地面的光子增多了，太陽(yáng)送來(lái)的熱量增多了，空氣變熱了，土壤變熱了，江水卻遲遲不變熱。小鴨子一定為此苦惱過(guò)：為什么我的春天總是遲到？哪還有心情說(shuō)：“江水變暖和了，春天來(lái)了，我們最早知道?！?/p>

秋天時(shí)，太陽(yáng)光斜射與地面的夾角變小，傾瀉到地面的光子減少了，太陽(yáng)送來(lái)的熱量減少了，空氣變冷了，土壤變冷了，江水卻遲遲不變冷。所以，初秋時(shí)的江水仍然溫暖得可以下去游泳。小鴨子也許為此自豪過(guò)：“秋風(fēng)蕭瑟，卻奈我何！”

說(shuō)到這里，一個(gè)問(wèn)題呼之欲出：蘇軾會(huì)游泳嗎？如果他會(huì)游泳，他為小鴨子代言時(shí)，是不是就會(huì)因?yàn)橛袑?duì)春水的親身體驗(yàn)而更加準(zhǔn)確？

比熱容在自然界演出的戲碼，不只是表現(xiàn)在春天和秋天的水體上，還有白天和黑夜中的空氣、土壤和巖石。白天，空氣、土壤、巖石被太陽(yáng)照射，升溫很快;夜晚，漆黑一片，失去了太陽(yáng)光能量供給的空氣、土壤、巖石又快速失去熱量。春寒料峭，為何讓人更難接受？因?yàn)榘滋旌鸵雇淼臏夭钐罅恕?/p>

所以，比熱容還有一層含義，就是物質(zhì)保持現(xiàn)有熱量的能力。比熱容小的物質(zhì)，熱量來(lái)得快，消散得也快;比熱容大的物質(zhì)，熱量來(lái)得慢，消散得也慢。

比熱容討論有條件

要是水變成水蒸氣，比熱容會(huì)怎樣變化呢？要是水和別的物質(zhì)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，比熱容又會(huì)怎樣呢？

這真是個(gè)好問(wèn)題。世界上有好多種事物，事物之間有同有異。相同點(diǎn)多的事物，人們會(huì)將其歸為一類(lèi)，然后將歸為一類(lèi)的事物加以定義，這就是概念的由來(lái)。所以，概念天生就帶著內(nèi)涵和外延。內(nèi)涵是指定義的內(nèi)容，能夠歸類(lèi)為這一概念必須達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn);外延則是概念的邊界。

比熱容這個(gè)物理概念也是有內(nèi)涵和外延的。其內(nèi)涵即為單位質(zhì)量的某種物質(zhì)的溫度升高到一個(gè)絕對(duì)溫度時(shí)，需要獲得的熱量數(shù)量;其外延則是沒(méi)有發(fā)生相變和化學(xué)變化。這個(gè)所需熱量測(cè)量的限定條件或者說(shuō)邊界，是沒(méi)有相變和化學(xué)變化。水變成冰或者水蒸氣，這就是發(fā)生了相變。這時(shí)，水里的熱量或者要釋放，從而改變了水分子之間的作用力和距離，水變成冰;或者水要從外界吸收熱量，增大了水分子間距離，水變成水蒸氣。金屬鈉投入水中，水會(huì)沸騰，這是鈉和水發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，放出了大量的熱量。這時(shí)，水分子的化學(xué)鍵斷裂，釋放出了大量的能量。

所以，在發(fā)生相變化和化學(xué)變化時(shí)，都有其他的熱量來(lái)源參與其中，這時(shí)討論比熱容就不合適了，故而設(shè)定了概念的邊界。

美學(xué)和科學(xué)并不總是同步的，不能苛求蘇軾這位生活在宋代的古人。而且，雖然春水的溫度上升晚于岸邊的土壤、巖石和空氣，可是春水一旦暖和了，還真是小鴨子第一個(gè)知道呢！

（責(zé)任編輯：陸艷）