学习之余，有学生带着疑惑找到物理老师，说在网上看到一个视频，里面提到了一个很有意思的发动机，只需要一台酒精灯就可以持续转动，大家都很好奇这是什么原理。

原来这种发动机叫做斯特林发动机(Stirling Engine)，是19世纪初，苏格兰牧师Robert Stirling发明的。

为了满足各位同学的好奇心与求知欲，省泰中国际部物理董老师找到了这款发动机，给同学们上了一堂生动有趣的热力学体验课。

在课堂上，老师向大家讲解了斯特林发动机的**原理，并且带着同学们进行了实操演练。

**原理：

斯特林发动机是将**燃气封闭在气缸内，通过气体在冷热环境转换时的热胀冷缩做功，是一种闭循环活塞式的外燃热机。一个理想斯特林发动机的热力学循环如下图所示，可以分为四个阶段：

1. 等温膨胀

2. 等容放热

3. 等温压缩

4. 等容吸热

如图所示是一个经典的 P-V 图，纵轴表示压强pressure，横轴表示体积volume。

Equivalent model等效模型

斯特林发动机基本上可以简化为两种等效模型，即冷热缸分体式(Alpha-type)和冷热缸一体式(Beta-type)，这次物理董老师找到的是一个分体式的斯特林发动机。两种模型在原理上大同小异，故此，我们以**类模型为例进行分析。

Work process**流程

Step 1：大部分气体集中在热缸中，与高温缸体大面积接触。这些气体被加热之后膨胀进入冷缸，推动冷缸中活塞向上运动，活塞带动飞轮旋转。这个过程近似于等温膨胀。

Step 2：加热后的气体进入冷缸之后，与低温缸体大面积接触，被冷却，温度降低。由于飞轮转动的惯性(即转动惯量Moment of inertia)，带动摇杆推动活塞压缩热缸，而冷缸继续膨胀，使得气体总体积基本保持不变。这个过程近似于等容放热。

Step 3：当大部分气体进入冷缸充分冷却后，气体压强开始减小，由于飞轮的转动惯量，进一步使得冷缸中的气体被压缩。这个过程近似于等温压缩。

Step 4：此时气体的体积是最小的，热缸的气体被加热后膨胀，由于曲柄摇杆的位置，冷缸的体积几乎是不变的，热缸的体积变大，又回到step 1的状态。这个过程近似于等容吸热。

上面的四个阶段就是一个循环，组成了单缸斯特林发动机的完整**流程。

在学习了斯特林发动机的**原理后，同学们不禁开始思考一个问题，为什么现在很少在市场上见到斯特林发动机了呢?

主要的原因是与现在的内燃机相比，斯特林发动机的效率比较低。不过斯特林发动机只需一个外部热源即可**，十分方便快捷，现在人们也喜欢利用此原理发明一些新奇又实用的科技产品。

Epiphany公司的Tommy Joseph将这项技术与现代材料和电子工艺结合，创新性地用在了给iPhone等设备充电上。

这个取名为onE Puck的充电器和它的名字一样，外形很像ice hockey用的冰球，它不通过任何外部电源储存电量，全靠充电器两面的温差产生动力做功发电，可以给所有可用USB充电的手机或如iPod一样的设备充电，基本能达到和标准智能手机充电器一样的充电速度。

通过这节热力学体验课，不仅让同学们了解了关于斯特林发动机的相关物理学知识，更重要的是，通过同学们感兴趣的内容，激发大家学习物理的热情，锻炼同学们的实操能力与思维能力。

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