موتور استرلینگ

موتور استرلینگ، یک موتور حرارتی است که کارآیی آن می‌تواند بسیار بیشتر از موتورهای دیزلی و بنزینی باشد. در این آزمایش موتور استرلینگ معرفی می‌شود.
ساختار این موتور با موتورهای احتراقی مورداستفاده در خودروها بسیار متفاوت است. برخلاف موتورهای احتراقی درون‌سوز، در داخل موتور استرلینگ انفجاری صورت نمی‌گیرد و تولید صدای آن خیلی کمتر است. علاوه بر آن، این موتور نیازمند اگزوز خروج دود و سوپاپ نیست، چراکه گازهای داخل آن به بیرون تخلیه نمی‌شوند. این موتور باانرژی حرارتی کار می‌کند و گرمای آن از بیرون تأمین می‌شود.

fanamouz-chistaa07-7-1

شکل (۱) لوله‌ خمیده‌ای حاوی یک مایع (مشخص‌شده بارنگ آبی) را نشان می‌دهد که یک انتهای آن به هوای آزاد و انتهای دیگرش به یک لوله‌آزمایش متصل است.
حالت الف) بدون گرما دادن لوله‌آزمایش: در حالت عادی، فشار هوای محیط بیرون با فشار هوای درون لوله‌آزمایش برابرند و بنابراین ارتفاع ستون مایع آبی‌رنگ در دو طرف لوله خمیده برابرند.
حالت ب) گرما دادن به هوای درون لوله‌آزمایش: وقتی‌که لوله‌آزمایش حرارت داده می‌شود، هوای درون لوله منبسط می‌شود و فشار هوای درون لوله افزایش می‌یابد. این فشار به مایع آبی‌رنگ درون لوله خمیده منتقل‌شده، مایع را در انتهای متصل به هوای آزاد بالا می‌برد.

fanamouz-chistaa07-7-2

شکل (۲) نیز همان لوله‌ها را نشان می‌دهد که درون لوله‌آزمایش چند گلوله ساچمه‌ای (مشخص‌شده به رنگ سبز) گذاشته‌شده است. این گلوله‌ها آن‌قدر بزرگ نیستند که دهانه لوله‌آزمایش را ببندند و مسیر هوا را مسدود کنند. وقتی‌که لوله‌آزمایش را حرارت بدهیم، دو حالت پیش می‌آید:
نیمه راست شکل ۲) اگر ساچمه‌ها در سمت دهانه لوله‌آزمایش باشند، فقط هوای درون لوله گرم می‌شود و ساچمه‌ها سرد می‌مانند. فشار هوای درون لوله که گرم و منبسط‌شده، مایع درون لوله را به سمت هوای آزاد می‌راند و سطح مایع بالا می‌آید.
نیمه چپ شکل ۲) اگر ساچمه‌ها در انتهای لوله باشند، گرما را ساچمه‌ها دریافت می‌کنند و هوای درون لوله‌آزمایش سرد می‌ماند. درنتیجه فشاری به مایع درون لوله خمیده وارد نمی‌شود و سطح مایع تغییر نمی‌کند.

fanamouz-chistaa07-7-3

در شکل (۳) لوله‌آزمایش به یک سیلندر و پیستون متصل شده و لوله‌آزمایش به‌صورت الاکلنگی روی یک‌پایه‌ قرار داده‌شده است. انتهای پیستون به پایه محکم شده و پیستون را در جای خود ثابت نگاه داشته است. در شکل (۳-الف) ساچمه‌ها گرم نمی‌شوند و هوای لوله‌آزمایش در اثر گرما منبسط‌شده و به پیستون فشار وارد می‌کند تا آن را به پایین براند، اما پیستون که در جای خود ثابت است و در نتیجه این سیلندر استوانه‌ای است که بازشده و به سمت بالا می‌آید و لوله‌آزمایش هم به سمت پایین می‌لغزد و به وضعیت ( ۳-ب) می‌انجامد. در وضعیت (۳-ب)، ساچمه‌ها به انتهای لوله‌آزمایش غلتیده‌اند و گرما را دریافت می‌کنند. هوای دهانه لوله‌آزمایش گرمایی دریافت نمی‌کند و به سردی می‌رود. درنتیجه فشار هوای درون سیلندر کم می‌شود، پیستون که در جای خود ثابت است و بنابراین سیلندر به پایین می‌رود و دوباره به وضعیت الف می‌انجامد. روند رفت‌وبرگشت بین حالت (الف) و حالت (ب( تکرار می‌شود و تا زمانی که گرمای بیرونی قطع نشود ادامه می‌یابد و بدین ترتیب گرما به یک حرکت رفت و برگشتی در سیلندر تبدیل می‌شود.
نمونه‌ای از این موتور حرارتی در قالب یک محصول توسط «فن‌آموز» طراحی‌شده تا دانش آموزان بتوانند به‌عنوان یک کاردستی علمی یک موتور استرلینگ بسازند.

fanamouz-chistaa07-7-4