Двигатель Стирлинга — интерактивный симулятор

Что это за опыт

Двигатель Стирлинга — тепловая машина замкнутого цикла: один и тот же газ навсегда заперт в цилиндре, снизу его подогревают, сверху охлаждают. Перегоняясь из горячей зоны в холодную, газ то расширяется, то сжимается и через поршень раскручивает маховик. Внешнее топливо внутри не сгорает — мотору годится любой источник тепла.

Внутри работают два поршня на одном валу со сдвигом фаз 90°. Вытеснитель просто перегоняет газ между горячим и холодным концами, не совершая работы, а рабочий поршень снимает энергию с расширяющегося газа. Пока газ горячий — он расширяется и толкает поршень; охладившись, легко сжимается обратно, и цикл повторяется.

За полный оборот система обходит замкнутую петлю на PV-диаграмме, а полезная работа равна площади этой петли. КПД принципиально ограничен разностью температур — пределом Карно. В симуляторе это видно вживую: сблизьте температуры, и петля схлопнется, обороты упадут к нулю, маховик остановится.

Формулы

Методичка к уроку

Как показать опыт за пять минут на проекторе или интерактивной доске:

• Поднимайте ползунок «T горячей стороны» к 900 K и смотрите, как одновременно растут плитки «ΔT, K», «КПД Карно, %» и «обороты / мин».
• Опускайте ползунок «T холодной стороны» — петля на PV-диаграмме толстеет, а плитка «работа / цикл» увеличивается.
• Сблизьте обе температуры так, чтобы ΔT стремилась к нулю: петля схлопывается и маховик встаёт — наглядное второе начало термодинамики.
• Оставьте включённым тумблер «Показать газ» и следите за подписью «газ в горячей зоне»: видно, как вытеснитель гоняет газ туда-обратно.

Полная методичка с формулами, графиком, примером расчёта и задачами для самопроверки встроена в сам симулятор — кнопка «📘 Как это работает».

Частые вопросы

Похожие опыты

Тепловая конвекция Радиометр Крукса Броуновское движение