朱繼銀

1816年，英國物理學(xué)家羅伯特·斯特林發(fā)明了一種熱力外燃循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)——斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。它沒有像汽油或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)那樣排放氣體的排氣門，內(nèi)部也沒有燃燒發(fā)生，因此運(yùn)行時(shí)非常安靜。正因如此，即使過去了200多年，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)仍舊在潛艇、游艇等領(lǐng)域被廣泛利用。本期我們將通過自制一個(gè)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)模型，來理解隱藏在斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)背后的科學(xué)原理。

酒精燈、火柴、螺絲刀、濕毛巾、固定帶、軟管、墊片、螺絲釘、電流表、試管、木塞、鐵絲、針管、發(fā)電機(jī)（用來將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，在電流表上顯示有示數(shù)）、木板

1按下圖所示將木板組裝好，1為兩個(gè)前后都帶凹槽的木板，2處放入一個(gè)發(fā)電機(jī)并連接電流表，3為兩個(gè)飛輪。

2如圖，將長木條和短木板安裝好，組成一個(gè)倒T形結(jié)構(gòu)。

3將電流表放在帶凹槽的木板處，用固定帶固定。

4用針管作為小氣缸（冷源氣缸），按如圖方式組裝好，用固定帶把“小氣缸”固定在后面的小凹槽上。鐵絲的另一端用螺絲固定在小飛輪的中心。

5用大試管作為大氣缸（熱源氣缸），小試管和木塞按如圖方式組裝好，把“大氣缸”放在前面的凹槽處，用固定帶固定。鐵絲的另一端用螺絲釘固定在大飛輪的中心。

6將組裝好的以上部分安裝在倒T形結(jié)構(gòu)上，用螺絲釘固定好。

7將“大氣缸”和“小氣缸”的通氣口用軟管連接起來，這樣斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)模型就組裝好了。

8檢查飛輪能否轉(zhuǎn)動(dòng)，再轉(zhuǎn)動(dòng)飛輪確保“大氣缸”內(nèi)的小試管不會(huì)與“大氣缸”碰觸。若沒有問題，將酒精燈放在“大氣缸”下方。點(diǎn)燃酒精燈，預(yù)熱2～3分鐘，輕輕用手轉(zhuǎn)動(dòng)飛輪，此時(shí)可以觀察到兩個(gè)“氣缸”內(nèi)的小試管都在做循環(huán)運(yùn)動(dòng)，電流表指針有示數(shù)。

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)又被稱為“熱氣機(jī)”，在外加熱源的作用下，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的氣體通過周期（吸熱、膨脹、冷卻、壓縮為一個(gè)周期）循環(huán)來輸出動(dòng)力。

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換方式是將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，利用氣體的熱脹冷縮推動(dòng)活塞（“氣缸”內(nèi)的小試管）運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生電流。

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)有兩個(gè)氣缸，其中一個(gè)氣缸接觸熱源，另一個(gè)氣缸為冷源氣缸。在熱源氣缸下方加熱，氣缸內(nèi)氣體受熱膨脹，推動(dòng)氣缸內(nèi)小試管運(yùn)動(dòng)，氣體受熱膨脹通過連通器（實(shí)驗(yàn)中用到的軟管）進(jìn)入冷源氣缸的同時(shí)，小試管連接的連桿開始推動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在冷源氣缸處，氣體接觸冷源收縮，氣缸內(nèi)小試管拉動(dòng)與電源裝置連接的連桿運(yùn)動(dòng)，循環(huán)往復(fù)，通過發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電流。

酒精燈的使用有一定危險(xiǎn)性，請(qǐng)務(wù)必在家長的陪同下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

使用酒精燈時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：酒精燈內(nèi)酒精含量不能少于其容積的1/4，但也不能超過其容積的2/3。最好用火柴點(diǎn)燃酒精燈。酒精燈使用完用燈帽蓋滅，不能吹滅。蓋滅后，須提起燈帽再蓋一次，放走酒精蒸汽。準(zhǔn)備濕毛巾，若不慎將酒精燈打翻，快速用濕毛巾滅火，開窗通風(fēng)，讓酒精揮發(fā)，不要在打翻酒精的附近用火。

（責(zé)任編輯 / 高琳 美術(shù)編輯 / 周游）