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Stirling-Motor für die Vorlesung „Thermodynamik“

Als Vorbereitung für die Vorlesung „Thermodynamik“ mit dem Thema „Kreisprozesse“ habe ich aus der Physik-Sammlung einen Stirling-Motor organisiert. Diese Motoren sind schon echt faszinierend.

Der Motor basiert auf einer zirkular ablaufenden Zustandsänderung. Dabei wechseln sich isotherme und isochore Prozesse ab. Durch Wärmezufuhr dehnt sich das Gas aus und es wird Volumenarbeit an der Umwelt verrichtet, während sich bei Akbühlung (also Entnahme von Wärme) das Gas zusammenzieht und damit die Umwelt Arbeit am Gas leistet. Dadurch bewegt sich der untere messingfarbene (Arbeits-)Kolben hoch und runter.
Während dieses Prozesses bewegt sich im System ein weiterer Kolben, der über eine Kurbelwelle mit dem Arbeitskolben verbunden ist, nach links und rechts durch das Gas hindurch. Dieser sogenannte Verdrängerkolben fungiert als ein Wärmereservoir, der die Wärme des Gases aufnehmen oder wieder zurückgeben kann.
Der gesamte Prozess verläuft folgendermaßen: Das Gas wird von außen erwärmt und dehnt sich aus, dann bewegt es sich am Verdrängerkolben vorbei und gibt seine Wärme ab. Das abgekühlte Gas zieht sich zusammen, das Volumen wird kleiner und der Arbeitskolben bewegt sich in seine ursprüngliche Position zurück. Anschließend gibt der Verdrängerkolben seine Wärme an das Gas zurück. Dann kann der komplette Zyklus von vorne beginnen.