从诗句“沙暖睡鸳鸯”看“比热容”

“泥融飞燕子，沙暖睡鸳鸯。”很早就读过这句诗，起初就觉得这句诗很美，读起来韵味十足。常常吟诵之余，不禁又佩服起诗人的才华，燕子、鸳鸯这些平常的事物，竟然也入得诗句，仿佛神来之笔，常物见奇，把一派生机勃勃的春色描写得淋漓尽致，美不胜收。玩味多了，忽然发现，难怪杜甫能赢得“诗圣”的桂冠，他不仅有满腹的才华，还有一双善于发现的眼睛：春天来了，天气暖了，冰雪消融，和着地面上的土，匀合成春泥，勤劳的燕子正好可以衔来筑巢；咦，鸳鸯不去结伴嬉水，怎么跑到岸上，睡在沙地里了？哦，原来水寒沙暖，正宜小憩。仅仅五个字，不仅写景，还道出了呈现此景的缘由。

一个“暖”字，正是这句诗的点睛之笔，为什么水寒沙暖呢？自然科学总会以一些外在的现象透露出它自身的规律，还是让我们从物理学内能的角度来看一看吧：所谓的“寒”、“暖”、“冷”、“热”，这些外在的感觉，我们可以用温度这个物理量来准确的表征，而温度从微观角度来说，就是分子无规则运动，温度越高，分子的热运动就越剧烈。内能是分子热运动动能与分子势能的总和。内能可以通过热传递改变，在计算热传递中能量的转移或转化时有一个概念叫做“比热容”，它的定义是：单位质量的某种物质温度升高1℃所吸收的热量。像密度一样，比热容是物质的一种属性，只与物质种类有关，与物质的质量、温度变化以及吸、放出热量的多少无关。不同的物质比热容是不相同的。

下面我们就来看一看，比热容让沙和水表现出来的区别在哪里吧。

沙石的比热容：0.92×103J/(kg・℃)；水的比热容：4.2×103J/(kg・℃)，这是初中物理教材中提供给我们的数据。试看诗中的情景，当太阳通过热传递把热量传到地球上时，我们可以近似地认为，传递到水中和岸边沙地的热量是相同的。

根据公式：Q=C・MΔt；

从温度的变化可知：Δt=；

沙和水温度变化的比值则为

Δt沙/Δt水=；

当沙和水质量都取单位质量时，沙和水温度变化的比值为：

Δt沙/Δt水=C水/C沙=(4.2×103J/kg・℃)/(0.92×103J/kg・℃)≈4.57。

由此可以得出：当相同质量的水和沙吸收相同的热量时，沙升高的温度是水升高的温度的4.57倍，这就不难理解为什么春天来了，“春水犹寒”。推而广之，我们不仅可以知道，在春寒料峭的时候，为什么鸳鸯选择了睡在沙地，而没有选择水上游戏的原因，同时，我们对为什么沿海地区昼夜温差比内陆地区小，为什么三峡电站建成后库区夏天的平均气温会降低2℃，为什么阳光下的沙漠总是炙热难耐……这些自然现象的成因都可以豁然开朗了。其实，这些都是因为水的比热容大于沙石的比热容，吸收相同热量时，升高的温度会少些。

作为物质的一种属性，沙石有比热容、水有比热容，其他物质也有比热容，比如说酒精、煤油等物质，它们的比热容要比水小一些，铁、铜、铝等这些金属，比酒精、煤油等还要小一些，包括我们赖以生存的空气，也是有比热容的。空气除了给我们提供了维持生命的氧气，还给地球披上了一层柔软的铠甲，它不仅阻隔了来自四周的各种射线，还因为它的比热容的作用，使得地球表面温度适中而不是像月球一样，因空气稀薄，表面温度在-120℃至150℃之间。

既然比热容具有这样的特性，那么是否可以加以利用呢？千百年来，人类社会在不断的发展进步，进步的力量就来源于对自然界的认知和对自然科学的探索以及运用。同样，当人们通过对自然界的观察，发现了比热容的规律以后，也在利用这一物质本身的属性。我们国家是一个农业大国，先让我们来看一下朴素的农民是怎样运用的吧：农村在培育秧苗时，为保护秧苗夜间不致受冻，傍晚要往秧田里灌水，夜间秧田里温度不致降得太多，秧苗不致冻坏，早晨再把水放出去，以日照使秧苗温度高一些，有利于生长；西北地区的瓜田里，地面铺了一层碎石，这是利用碎石的比热容比含有水分的泥土的比热容小，从而使温度变化得更快，同时加大了昼夜温差，这样有利于瓜果糖分的积累，结出来的果实就更加甜蜜。自从人们进入工业社会以来，对自然界的规律利用的更是不胜枚举，以水为例，工业上常被用来做冷却的媒介，就是利用了它的比热容比较高这一特点的。反其道用之，在生活中，北方地区的取暖设备里循环的媒质也是在这颗蓝色星球上的所占比例最多的物质――水。

有了对比热容的了解，不仅能够明了“秋水不比春水寒”的原因，是不是也能悟出点为什么南唐李后主歌吟的“惆怅”是“问君能有几多愁，恰似一江春水向东流。”而不是像一般的诗人常常用秋天的景物来形容愁思了吧？秋天虽然是肃杀的，可秋水却是比春水暖的，用“春水”来做喻体，更渗透出了一丝丝寒意。