由於條件和自身知識的限制,趙劍寒只是設計了最簡單的水銀溫度計,水銀的凝固點是零下三十多度,沸點是三百多度,可以滿足大部分工業生產的需要,還可以用來測量氣溫和體溫,用途非常廣泛。
其他的溫度計例如氣壓式溫度計、電子溫度計趙劍寒也用過,甚至知道其基本的原理,卻無法制造出來,還有像鋼鐵冶金這樣動不動就上千度的產業,水銀溫度計就無能爲力了,只能依靠工匠們的經驗了。
即使是最簡單的水銀溫度計,製作起來也相當費勁。水銀好辦,中國很早就有大規模使用的先例,許多皇帝建造自己的陵墓時都用了水銀,市面上也有現成的水銀出售,趙劍寒早就讓韓文棟準備了一些,難點在於玻璃溫度計的製作。
常用的溫度計下端是一箇中空的小玻璃泡,用來存儲水銀,玻璃泡連接一個上端密封的玻璃管,玻璃管的內腔必須均勻筆直,而且其中不能有空氣存在,也就是說是真空的,趙劍寒並沒有製造溫度計的經驗,很是費了一些腦筋才解決了這個問題。
玻璃泡就用人工吹制,形狀不用特別標準,只要開口符合規定的尺寸就行了,然後讓工匠們用磨牀加工出一支細長的鐵絲,要求前後粗細一致,用這根細鐵絲做模具,外圍澆上玻璃液,壓制成兩端開口的玻璃棒,再用玻璃液將玻璃泡和玻璃棒粘合起來。
經過退火等工序之後,通過玻璃棒的開口向玻璃泡中注入水銀,目前是夏季,臥虎山莊地處山區,氣溫大概是二十多度,現在水銀柱的高度應該代表此時的氣溫,趙劍寒粗略估算了一下,水銀柱如果受熱升到頂點應該是三百五十度左右,所以他控制水銀柱升到到玻璃管高度的五分之一就停止了。
接下來就加熱玻璃泡,這個過程要非常小心,不能離火源太近,控制水銀柱緩緩上升,將玻璃管內的空氣排出,直到快要漫出來的時候,趕緊移到一旁,用玻璃液將開口封住,形成一個密封體,冷卻以後,就形成了一個比較原始的水銀溫度計,雖然玻璃管內不免還殘留了一些空氣,但是影響不會太大。
剩下的工作就是標註溫度了,趙劍寒採用的是攝氏溫度,將溫度計放到燒開的水中,此時水銀柱的高度就代表一百度,然後就是確定零度,祁連山有許多山峰都是終年積雪,派人到那裡取一些冰回來,製成冰水混合物,就得到了零的刻度。
以零度和一百度爲基礎進行等分,在這隻玻璃管上從零下三十度一直標到了三百五十度,一支水銀溫度計就這樣做成了。
這是一根很長的溫度計,測量範圍很寬,但是容易損壞,難以實用化,趙劍寒準備把它作爲一個參照的標準,生產其它溫度計時對照使用。
真正實用的溫度計是根據用途來劃分的,如果是人們日常用來測體溫和氣溫的,可以做得細一點,刻度分開一些,讀數就會精確一些;如果是工業生產用的,還可以分爲高溫型和低溫型,溫度計的玻璃管可以設計成多種形狀,以滿足生產的需要。
趙劍寒將所有的步驟詳細寫下來,讓工匠們批量製造。在這之前,他把水銀受熱膨脹的特性以及它的熔點、沸點等知識都告訴了工匠們,可是工匠們對空氣、固態、液態、氣態等概念一時理解不了,聽講的時候全都直愣愣地看着趙劍寒,眼睛裡充滿了迷惑。
看到工匠們懵懵懂懂的樣子,趙劍寒暗自嘆息:“普及現代科學知識,真是任重道遠啊!”
沒奈何,趙劍寒只好親自動手製作了第一支水銀溫度計,然後要工匠們照着這種方法葫蘆畫瓢,先造出測量範圍從零下二十度到五十度的低溫溫度計。
有了現成的工藝,工匠們很快完成了任務,造出來的溫度計更加小巧美觀,有了這樣的基礎,趙劍寒鼓勵工匠們進行多種實驗,燒製不同口徑、不同形狀的玻璃管,填裝不同分量的水銀,以得到不同測量範圍的溫度計,並摸索更好的製造工藝。
趙劍寒還讓學生和工匠用新出爐的溫度計測量自己的體溫、早中晚的氣溫、河水的溫度、開水的溫度等等,並把測量的數據記下來。這是他們第一次直觀地認識溫度這個概念,不管是大人還是小孩都被這些神奇的玻璃管迷住了,不管看到什麼東西都想用溫度計測試一番。
“哇,我身上的溫度是三十六度多。”
“我的快到三十七度了。”
“小溪裡的水只有十八度。”
“這開水真的是一百度耶。”
……
在孩子們歡呼雀躍的時候,趙劍寒乘機向他們講述了人體對冷熱的感覺和溫度的關係,以往學習溫度時不太明白的地方,現在都豁然開朗了,孩子們的臉上都露出了心領神會的表情,學習的情趣愈加高漲。
工匠們甚至準備用這種溫度計來測量爐溫,趙劍寒得知以後並沒有制止他們,只是讓他們穿好防護服,點起一堆火,慢慢地從火堆的外圍開始測量,溫度計還沒有移到火苗上,就看見水銀柱直接衝過了最高的刻度。
趙劍寒告訴工匠們明火大致的溫度範圍,當工匠們聽到玻璃和鐵水融化的溫度是一千多度的時候,都不禁倒吸一口涼氣。看到他們對高溫有了直觀的印象之後,趙劍寒規定了溫度計的使用範圍,警告工匠們使用不當的話,會導致溫度計爆裂,引發傷人事故。
爲了迎接以鋼鐵爲基礎的機械加工時代的到來,趙劍寒還讓工匠們製造了扳手、改錐、鑽頭和鉚釘。雖然還不能加工出螺紋,但是趙劍寒前世的情況,提前制訂了了一系列螺絲釘、螺帽等零部件的標準,並按照這個標準設計了各種規格的固定扳手、一字和十字改錐和鉚釘。
由於條件的限制,扳手和改錐都是用鑄造的方法生產的,質量不咋樣,最先出來的一批產品又大又重,是名副其實的傻大黑粗,不過這也是沒辦法的事情,只能等以後加工手段多了再改進。