第457章 模範班的科學種子
中樞旁邊的一處院落，這裡是南唐中樞衙門的一部分，南宋時趙構南遷，曾經想在建康定都，又讓人修繕過這裡，現在魯錦過來又重新修繕了一遍，於是便挑選了這處院落充當臨時學校。
教室被按照魯錦的要求改造過，前面增加了講臺，前後又各掛了一塊黑板，甚至連魯錦熟悉的標語也貼到了黑板上方，只見上面寫著‘刻苦學習，報效祖國’八個大字。
就差再往中間掛一面國旗，兩邊貼上兩幅中國地圖和世界地圖，後面黑板兩邊再貼兩幅‘中小學生守則’，那佈局就真的跟後世的教室差不多了.
教室的左前方角落裡還放了一臺重錘鐘擺式座鐘，這是之前魯錦帶工匠打造航海鍾，教他們鐘錶原理時做的教具，裡面的機械結構全用木製齒輪，掛了個重錘提供動力，需要手動上弦，鐘擺和擒縱器控制時間，也就是重錘的釋放速度，應該是這個時代能造出來的最便宜，且具有一定精準性的計時裝置了，將來也可以在各地推廣，或者直接在大學和城市裡建造鐘樓。
上午八點，隨著一陣叮鈴鈴的手搖鈴鐺的上課鈴響起，魯錦準時來到了教室，四十多名學生，和前來聽課參觀的宋濂、朱升、詹同、羅本、陳遇等人也到了，他們坐在教室的最後面。
魯錦來到講臺上，看著臺下眾人當即說道，“上課！”
陶廣義立刻帶頭起身喊道，“全體起立，老師好~”
“同學們好，請坐，下面我們開始上課。”
等眾人全都坐下，魯錦這才說道，“剛才你們表現的很好，咱們辦的這個理綜班，不僅是為了培養朝廷所需的人才，更要為天下所有的新式學校起到模範帶頭的作用，所以這個班也可以稱為模範班，包括學校的規章制度，課堂禮儀等等，因此這節課我們先講講在校禮儀和制度。
“我們都是華夏子民，何為華夏，有服章之美謂之華，有禮儀之大謂之夏，禮儀是文明與野蠻的區別，更是我們和四方蠻夷的區別，故而禮不可廢。
“但今後的學校規模龐大，學生數量更是多到數不勝數，所以以前的禮儀就不適合了，因此要簡化，尊師重道是我們華夏的傳統美德，故而要保留，但不必再磕頭拜師，也不需給教師送甚麼束脩，一切從簡。
“今後學生管教師稱老師，稱其他學生為同學，上課時如果遲到了要進教室，則要在門外敲門喊報告，得到老師允許才可進班，下課時到辦公室找老師也一樣。
“上課時如果有人想對老師提問或說話，都需先舉手，得到老師同意了才能發言，都記住了嗎？”
“記住了。”所有同學立刻答道，宋濂和陳遇等人也在後面做著筆記，把魯錦說的規章制度都記下來。
“這第一節課，我們先講一下在校的規章制度”
魯錦當即拿著準備好的列表在講臺上一一宣講，包括星期制，上五休二，選舉班長和各種課代表和組長，學生要分組值日，灑掃教室等等。
學校施行軍事化管理，每天六點起床，由體育老師（魯錦指派的侍衛）帶隊晨跑和訓練步操，然後半小時吃早飯，七點晨讀四十分鐘，由班長組織背誦詩文或者公式，休息二十分鐘後，八點正式上課。
每天八節課，上下午各四節，一節45分鐘，休息15分鐘，下午兩點上課，五點45放學，週五下午兩節課，幾乎和後世差不多，確定了課時之後，宋濂這些人才好對應課時編寫教材。
當天第一節課上半節全在講規章制度，下半截魯錦又給他們講起了鐘錶知識，讓他們自己能夠看得懂鐘錶的時間，直到第二節課才正式講起了課程內容。
“這節課我們上物理，請同學們開啟公輸秘典物理書的第二篇‘物態變化’.”
等一直講完了固液氣三種物態，以及物態變化之間的吸熱和放熱現象，還有熱脹冷縮的原理，到了快下課時，魯錦才對眾人提問道。
“現在你們知道了三種物態之間的轉化，和吸熱放熱，還有熱脹冷縮的原理，那麼我們可以利用這些原理做些甚麼，知道的同學可以舉手回答。”
在場的學生當即有不少人舉起手來，魯錦點了一名廬州鐵廠來的工匠子弟學生，“葉辰，你說。”
葉辰當即起立說道，“老師，我看書上畫的有一種用透光的玻璃管內填水銀的溫度計，利用的是熱脹冷縮的原理，液體水銀受熱膨脹表示溫度上升，但這種溫度計能夠測量的溫度上限比較低，那能不能利用相同原理，製作一種能測量更高溫度的溫度計，比如測量鐵水的溫度。
“現在鐵廠裡最難的工藝是炒鋼，而炒鋼最難的是控制火候，需要有經驗的大師傅觀鐵水顏色來判斷，我想這火候不就是老師說的溫度高低嗎，如果能做出這種溫度計，豈不是人人都能成為大師傅，只需測一下鐵水的溫度便知道了火候冷熱。”
“坐吧。”魯錦點點頭才說道，“你的想法很好，火候確實就是溫度高低，但你也說了溫度上限的問題，如果想用熱脹冷縮的原理製作能測量鐵水冷熱的溫度計，那麼你製作溫度計的材料就需要滿足一個條件，它得比鐵水的沸點更高。
“就拿水銀來說吧，也就是液態汞，液態汞的沸點是357左右，高於這個溫度水銀就會沸騰氣化，形成劇毒的汞蒸氣，而鐵水，純鐵的熔點能達到1538，鐵礦石在高爐中想要熔化成鐵水可能需要1600度，即便是含有雜質的生鐵鐵水，它的熔點比較低，但溫度至少也有1400度以上。
“你用水銀做溫度計的話，還不等接觸到鐵水就直接膨脹爆炸，然後蒸發為汞蒸氣了，不僅有劇毒，而且根本無法測量。
“而你想用其他材料製作這個溫度計的話，結果也是一樣的，如果是液體材料，能在鐵的熔點還沒有沸騰蒸發的幾乎很少，所以這個溫度計沒你想得那麼容易。”
葉辰聞言立刻追問道，“那老師就沒有其他辦法了嗎，液體不行，那固體呢，老師上節課講鐘錶時，提到航海鐘上有一種溫差補償器，是透過固體金屬受熱脹冷縮的影響產生彈性形變來補償溫差的裝置，那能不能做一種這樣的溫度計測量鐵水溫度。”
魯錦再次點頭道，“你說的這個方法也不錯，也確實可以做這種溫度計。”
魯錦一邊說著一邊在黑板上畫出草圖，“我們可以做一種螺旋狀的金屬彈簧，當彈簧受熱膨脹時，彈簧就會舒展張開，然後在彈簧的末端連線一個指標，畫出帶有溫度刻度的錶盤，這樣金屬探針受冷熱影響產生彈性形變，形變帶動指標指向不同刻度，我們就能測量出受測物體的溫度。
“但這同樣有一個測量上限，比如用白銀、銅條、鋼條製作的彈簧探針，那麼它能測量的溫度肯定要低於自身的熔點，考慮到當金屬溫度上升到一定程度時，還會導致其失去彈性，那麼能夠測量的溫度上限甚至還要遠低於自身的熔點。
“我想一千度以下應該就是這種溫度計的上限了，還是無法測量鐵水的溫度，但用來測量一些蒸汽或液體的溫度還是沒問題的，比如用在化工行業蒸餾塔上測溫，或者紙漿的熬煮裝置，製糖和紡織染色的測溫裝置等等，還是很有應用前景的。”
葉辰聞言皺了皺眉，再次追問道，“老師，那就沒有別的辦法能夠測量鐵水的溫度了嗎，如果熱脹冷縮這個原理不行，那公輸氏的前輩又是怎麼測出鐵的熔點在1538這個數字的？”
魯錦心道這個學生很敏銳啊，於是再次解釋道，“熱脹冷縮的原理做溫度計，上限確實比較低，但測量溫度高低還有別的辦法，既然無法直接測量高溫，那為何不先把熱量轉化成能夠測量的其他物理量，然後再進行測量呢？公輸氏用的就是這種間接測量法。
“比如熱輻射發電反應，光輻射發電反應，鐵水本身是在發熱和發光的，不同火候，也即不同溫度的鐵水，它發出的光的亮度也不一樣，而光和熱能刺激某些物體發出電流，我們再測量該物體受激發出的電流強弱，便可感知溫度，這樣甚至不需要接觸鐵水，只需用溫度計在鐵水旁照一下，看看光強便可測出溫度。”
所有學生聞言都是眼前一亮，葉辰還要舉手再問，魯錦卻說道，“這節課講的是物態變化，電學放在後面再講，今天就不深入講了，你們瞭解一下就好，誰還有其他的想法，可以舉手發言。”
這時又有學生舉手，魯錦點了一個江南的炮術班學生，“李顯明，你說。”
李顯明這人今年15歲，本身就在建康讀過私塾，有一定文化基礎，魯錦渡江後在建康招兵，此人主動投軍，但因為年齡小，又讀書識字，被選入了炮術班，底子還是不差的，聽到魯錦點名，先是站起來拱了拱手，然後說道。
“多謝老師，老師剛才講物態變化時，說雨雪冰雹，水蒸發為雲，又說了水在天地自然之間的迴圈變化，所以我想，既然知道雨雪形成的原理，那麼能不能用這種原理，人為的控制天氣。
“老師說雲和霧都是由小水滴組成，但我發現即便是發生旱災時，有時天上也會有云彩飄過，這豈不是說天上有雨卻下不來嗎，那能不能利用物態變化的原理，人為的讓雲彩下雨，以此來解決旱災？”
此言一出，全班同學，包括後排聽課參觀的宋濂、朱升等人都忍不住面面相覷，好傢伙，人為控制天氣，讓雲彩下雨，你以為你是龍王啊，遇到旱災求雨祭祀的見多了，想自己讓雲彩下雨的還是第一次見
然而講臺上那個老師，卻比他們想得更離譜，只見魯錦不僅沒有訓斥這個學生，反而誇讚道。
“你的這個想法非常好，學習公輸氏的科學就是要有不信鬼神的精神，所謂風雨雲雪，都不過是天地中的自然現象罷了，無非就是昇華、蒸發、揮發、凝固、融化、凝華這幾個吸熱放熱的過程而已，既然知道了雨雪形成的原理，那我們當然就能控制它的發生。
“那我問你，雲是由小水滴組成，讓它凝聚成更大的水滴，從而從天上落下來，是吸熱反應還是放熱反應，應該是讓雲變冷還是變熱？”
李顯明想了想才道，“應該是放熱，變冷，才會凝聚成大水滴。”
魯錦點頭讚許道，“不錯，那麼你想讓雲變冷，就需要一種揮發性強的物質，將它播撒到雲層當中，利用揮發吸熱的原理，把雲層中的熱量吸收掉，從而使雲變冷凝聚，變成雨落下來。
“原理非常簡單，但這有個前提，你得能把這種物質先播撒到雲彩裡面，然後才能做到人工降雨。”
坐在後排的宋濂和朱升等人都瞪大了眼睛，好傢伙，還真能
李顯明更是聽的兩眼放光，再次追問道，“那老師說的揮發性強的物質是甚麼，能不能舉個例子。”
魯錦當即再次說道，“最簡單的，比如干冰，也就是固體二氧化碳，我們剛學了物態變化，已經知道氣體並非虛無之體，而是有形之物，比如我們吸入身體，讓我們賴以生存的空氣，還有我們撥出的廢氣，裡面除了空氣中不能被人體吸收的成分，還有人體排出的二氧化碳。
“在常溫下，二氧化碳是無色無味的氣體，我們看不到也摸不到，但將它收集起來，灌入高壓低溫的環境，就能使其凝固成固體，類似白色的冰塊，因為並非由水凍結成冰，故而公輸氏將其稱為乾冰。
“二氧化碳本就存在於天地自然之中，即便將其凝固播撒於雲中，也不會對環境產生太大的影響，你只需製作幾千斤乃至於上萬斤乾冰，拋灑入雲中，利用乾冰在常溫常壓下會快速吸熱揮發，重新變成氣體的特性，就能吸收雲中的溫度，使其冷凝降雨。”
李顯明聞言呆了呆，“幾千上萬斤可是這麼重的東西，如何將其播撒入雲中？”
魯錦反問道，“你不是炮兵班來的嗎，你說呢？”
李顯明一愣，當即道，“把乾冰裝到開花榴彈裡，用大炮打到雲層裡炸開？”
魯錦點點頭，“用高射炮往雲層裡打幹冰，這是一種人工降雨的辦法，但是你現在還造不出這樣的火炮。”
李顯明卻道，“但以後總能造出來的，不是嗎，在老師之前，誰又能想到火器可以把彈丸打出三里多遠？只要有老師在，我們總能造出來的。”
魯錦當即道，“你倒是很有志氣，但我要告訴你的是，旱災發生時，雨雲本來就會比平常更少，因為江河湖水都減少了，水體的蒸發量也變少了，雨雲也會相應的減少。
“即便你能用人工降雨的手段，把雲彩裡最後一絲水汽也榨乾，也不過是杯水車薪，能夠緩解，但治標不治本，想解決旱災，還不如平時多修些水利設施。”
“是，老師我明白了。”李顯明這才點了點頭。
“嗯，坐下吧，誰還有想說的？”魯錦再次問道。
在場眾人頓時再次踴躍舉手，學生上這種科學課，都表現的很積極，畢竟以前私塾裡的那些老夫子可不會給他們講那麼神奇的東西。
“那個，茅新，你說。” “是，我想的是，老師剛才說可以把人撥出的廢氣收集起來，將其凍成乾冰，那麼這肯定需要一種能夠控制冷熱的器物，這種器物是不是也是用揮發吸熱的原理製作的。
“而且這種器物既然能用來冷凍乾冰，那豈不是也可以用來冷凍其他東西，要是能造出這東西，是不是就不需要冰窖冬日儲冰了，我們直接在夏日造冰是不是也行？”
魯錦聞言頓時誇讚道，“不錯，確實可以利用蒸發吸熱的原理來製冷，但我們要知道，熱量是不會平白無故消失的，它只能轉移和交換。”
魯錦在黑板上畫了個房子的示意圖，然後一邊畫一邊說道，“比如一棟房子，你把它門窗密封，形成一個密閉空間，然後把一種揮發性強的液體匯入室內，讓它從室內吸熱，等它吸收到足夠的熱量，再匯入室外將其重新壓縮成液體，把從室內吸收的熱量釋放到室外，然後再匯入室內繼續吸熱。
“如此不停的迴圈往復，就能使室內或者這個密閉空間的溫度持續下降，最終降到零下數十度，滴水成冰的地步，這時你只需端一盆清水進去，關好門窗，用不了幾個時辰就能將水凍成冰坨。
“當然這只是一種方法，如果你製冷的空間不是一棟房子，而是一個密閉的鐵罐子，你把二氧化碳氣體匯入這個鐵罐中，持續的加壓降溫，就能使其凝固成乾冰。
“同理，我們周圍的空氣也可以被這種方法冷凝成液體。”
說到這裡，魯錦才掃視眾人嚴肅說道，“就目前來說，你們剛才提出的幾種設想和物態變化的用處，人工製冷這個專案是最有實用價值，也是目前來說最容易做到的。
“從普通的生活來說，人工製冷可以在夏日造冰，能造出更多更廉價的冰塊，而不必再像從前一樣冬日挖冰窖儲冰，在夏日使用冰塊消暑，將不再是達官貴人才能做到的奢侈享受，普通百姓也一樣能享受到，讓百姓花很少的錢就能買到冰塊。
“甚至冰塊還可以給食物保鮮，讓肉和蔬菜在夏日不會那麼快受熱變餿腐敗，用處還是很多的，而且是非常便民的用途。
“從軍國大事上來說，於一國而言，最重要的是讓國家做到足兵足食，那麼人工製冷，跟足兵足食有甚麼關係呢？
“我舉個例子，比如火器，我們聖武軍之所以能攻無不克，戰無不勝，最倚仗的便是火器，而於火器而言，最重要的是火藥，火藥又是由硝石、硫磺、木炭這三種物質組成，這其中最難獲取的便是硝石。
“自然界中的天然硝石產量很少，往往都在深坑洞穴之中，採集也不方便，所以我們現在用的是硝田集硝法，具體做法便是收集百姓家的糞便，從糞便中提煉火硝。
“而百姓，也同樣需要這些糞便來堆肥，但現在這些糞便被我們收走了，百姓就無法堆肥了，沒有肥料補充，田裡的糧食畝產必定是要下降的。
“換言之，前線的聖武軍將士打出的每一發炮彈，用的都不是火藥，而是百姓，是你們父母田裡的糧食！士卒們多打一發炮彈，我們的爹孃就要少吃一口糧，我們的兄弟姊妹就要多餓一頓肚子。
“那有沒有辦法能夠兩全其美，既讓朝廷有用不完的硝石，能夠足兵，又讓百姓有用不完的肥料，讓糧食增產，讓百姓足食呢？”
此言一出，不論是在場的學生，還是後排聽課的宋濂等人，全都皺眉沉思起來，以前怎麼收集硝石這個事他們不懂，現在聽魯錦這麼一說，甚麼打出的每一發炮彈都是父母口中的糧，這個比喻就很直觀了，他們才意識到這個問題的嚴重性。
見眾人都皺眉不解，魯錦又繼續引導眾人說道，“提前看過化學書的人應該知道，這世上所有的物質，不論是氣、液、固，都不會憑白無故而來，物體不會憑白生成，只能在萬物之間等價交換，互相轉化。
“那麼問題來了，為甚麼人和禽獸牲畜的糞便尿液當中，會有能夠肥田，同時還能製作出硝石的成分，這種東西究竟是從哪來的？我們體內有這種東西，必定是我們從體外攝取而來。
“人吃的是五穀雜糧，蔬菜瓜果，魚蟲禽獸，想必這種物質一定在這些食物當中，可是禽獸雞鴨牛羊豬的糞便同樣含有這種物質，說明他們也是從體外攝取而來，那禽獸牲畜吃的又是甚麼？也是菜蔬和糧食，或者說草木，那說明這種物質源於草木之中。
“而草木生髮又需要肥料，多給田地施肥，糧食就能增產，草木就會更加旺盛，如果不給田地施肥，土地只會越來越貧瘠，糧食的產量也會越來越低，說明這種物質也不在土壤之中。
“但是草木又不吃東西，也沒長腿，更不會到處跑，那草木之中的這種能夠當肥料，還能製造硝石的物質是從哪來的？誰能想到？”
這時宋濂居然舉起了手，魯錦看了他一眼，才說道，“景濂先生請說。”
宋濂當即起身問道，“既然不是從土壤中而來，那會不會是從水中而來？畢竟草木沒了水也是會枯死的。”
魯錦點點頭，反問道，“那先生煮水能從水中煮出硝石嗎？往田裡澆清水能夠肥田嗎？”
“這不能。”宋濂聞言一愣，當即意識到自己猜錯了。
“那就很明顯了，這種物質也不是源於水中，那會源自哪裡？誰來回答？”魯錦讓宋濂坐下，又問起大家。
這時鐵廠來的記名弟子方攬月當即舉起了手。
“方攬月，你說。”
方攬月當即站起身說道，“草木不會長腿到處跑，更不會吃東西，所需養料皆來於土壤和水，但肥料和硝石又不在土壤和水中，那麼草木平時能接觸到的物體，除了土和水，就只有一樣了，我們身邊無處不在的空氣。
“而且剛才老師說人工製冷時也說過，要把空氣冷凍成液體，想必這種物質一定是空氣之中！”
“不錯，回答的非常好，就是我們身邊無處不在的空氣！請坐。”
見眾人頓時一副十分震驚的樣子，魯錦再次說道。
“我剛才說許多遍了，氣是有形之物，人從生到死，每時每刻都要不停的呼吸，如果被捂住口鼻，扼住喉嚨，或者溺在水裡不能呼吸，就會窒息而死，這說明空氣中含有我們賴以生存的成分。
“禽獸也一樣，豬牛羊馬等牲畜，和人一樣，如果剖開它們的身體，就會發現用來呼吸的肺，魚在水中也會呼吸，魚呼吸的器官是魚鰓，雞鴨等鳥類呼吸的器官是氣囊，那草木也在呼吸空氣，草木呼吸的器官是甚麼？嗯？是葉片。”
魯錦這時又在黑板上寫下幾行字。
“已知，空氣中有我們撥出的廢氣，名為二氧化碳，還有一種供養萬物生靈活著的成分，叫甚麼？我先不告訴你們。
“除此之外，還有一種既能用來肥田，又能拿來製造硝石的成分，這個又叫甚麼？我們下回再說。
“那麼，我們現在可以知道，空氣中至少含有這三種成分的物質，既然如此，我們能不能將其從空氣中提取凝聚出來？
“我們身邊的空氣無處不在，就像大海的海水一樣，取之不盡用之不竭，我們既然能焚海煮鹽，從海水中提煉用之不竭的食鹽，那能不能從空氣中提煉肥料和硝石，讓糧食增產，讓軍隊有用不盡的火藥，讓朝廷足兵足食呢？當然能！
“那麼空氣中到底有幾種成分？它們都叫甚麼名字，都有甚麼作用，該怎麼提取它們？提取出來能幹甚麼？我們下午的化學課再講。
“上午的後兩節課，讓孟智方給你們講數學和幾何，化學課下午再上，別忘了準備好化學書。
“下課！”
“起立。”
“老師再見~”班長陶廣義頓時帶頭喊道。
“同學們再見。”魯錦這時也收拾了自己的東西，對方攬月說道，“化學課代表方攬月，中午放了學去王府找我，準備化學課的教具。”
“是。”
等魯錦出了門，教室裡的學生們頓時嘰嘰喳喳的吵成一團，殿下這位老師太不夠意思了，還學說書的吊人胃口，剛說到關鍵處怎麼分離空氣就跑了，太氣人了
朱升、宋濂、詹同等人也連忙追上魯錦，宋濂更是追著問道，“殿下，我們真能從空氣中提煉肥料和硝石？”
“當然，不過這很難，需要人工製冷，而且不是普通的製冷，是深度製冷，這麼說吧，你們都覺得漠北苦寒，可漠北冬季最冷時也不過零下四五十度，說一句滴水成冰也不過分，可即便如此寒冷的環境，空氣仍然還是氣體，這就說明自然界中根本不存在液態空氣。
“想要把空氣冷凝液化，至少需要零下二百度左右的超低溫，只有人工製冷才能做得到。”
朱升這時也疑惑道，“可是自然中都沒有如此寒冷的環境，人能做到嗎？”
魯錦反問道，“自然界除了火山內部，也很少有能將鐵礦石融化的高溫，人工建造的鍊鐵爐，不是一樣能把鐵礦石燒成鐵水？
“公輸氏的科學，就是要學習天地自然執行的原理，也即真正的天理，然後掌握它，利用它，假天地之力，行鬼神之能，逆變陰陽冷熱，盛夏也能變成寒冬，這就是科學！”
朱升和宋濂聞言都呆呆的看著魯錦的背影，他們此時終於理解了‘假天地之力，行鬼神之能’是甚麼意思。
同行的詹同和最年輕的羅貫中，他們聽了魯錦的這堂物理課，不僅大長見識，知道了雨雪形成的原因，更是體會到了科學的魅力，有點被科學圈粉了的感覺。
羅貫中見魯錦已經帶著侍衛走遠了，更是連忙追了上去問道，“殿下，那該怎麼人工製造超低溫呢。”
“課上不是都教了嗎，蒸發吸熱，冷凝放熱，迴圈進行就能給物體降溫。”
“可是，這要如何做的到？”羅貫中還是十分不解。
“自己去想，甚麼都直接告訴你了，你自己還要腦子幹甚麼？還有，你追著問這個幹甚麼，你不是去參觀上課，準備幫忙編教材的嗎，一會孟智方的數學課就開始了，你不去聽課了？”
“.”羅貫中看著魯錦的背影，頓時有些懊惱，自己當初怎麼就想起讓老師推薦自己做官，當甚麼翰林編修啊，當初就應該直接拜殿下為師去學科學！
(本章完)