Der Stirlingmotor 
 
                                            von Uschi Wienbruch

Der Stirlingmotor ist ein Heißluftmotor. Er wird durch Wärmequellen angetrieben z. B.

und andere Wärmequellen.

 

Der Stirlingmotor ist einsetzbar 

 

 

 

Wie arbeitet der Stirlingmotor?

 

Führen sie folgende Versuche durch und skizzieren sie die Beobachtungen:

 

Aufgabe 1: Nehmen sie die mit der Gummimembran verschlossene Dose und tauchen diese in das heiße Wasser ein. Beobachten sie die Membran. Danach tauchen sie die Dose in das Eiswasser. Was geschieht nun mit der Membran?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Aufgabe 2: Nehmen sie den Glaskolben und Verfahren sie wie im Versuch 1. Was beobachten sie?

 

 

 

 

 

 

Bauweise eines β-Typ Stirlingmotors:

Inernet-Adresse:http/www.k-wz.de/vmotor/stirling.html

 

 

Aufgabe 3:  Schauen sie sich die Bauweise des β-Typ Stirlingmotors auf dem Computer an. Beschriften sie die folgende Abbildung:



 

 

 

                                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

Der Heißluftmotor ist eine periodisch arbeitende Wärmekraftmaschine, die Wärmeenergie in mechanische Energie umwandelt. Der β-Typ Stirlingmotor besteht aus einem Zylinder, in dem sich ein Arbeitskolben und ein Verdrängungskolben mit einer Phasenverschiebung von 90° bewegen. Das Arbeitsgas Luft wird im oberen Teil des Zylinders erhitzt, im unteren Teil abgekühlt. Der Verdrängerkolben verschiebt die eingeschlossene Luft  vom oberen in den unteren bzw. vom unteren in den oberen Teil des Zylinders. Im Verdrängerkolben ist ein Loch, das mit Kupferwolle ausgefüllt ist, wo die Luft durchströmen kann. Beim durchströmen gibt die heiße Luft Wärme an die Kupferwolle ab, danach nimmt die kalte Luft wieder Wärme von der Kupferwolle auf. Deshalb wird die Kupferwolle als Regenerator bezeichnet.

Der Motor funktioniert nur bei ausreichender Temperaturdifferenz zwischen heißer und kalter Seite. Die entstehende mechanische Energie ist gleich der Differenz zwischen zugeführter Wärmeenergie und der an den Kühlmantel abgegebenen Energie. Des Weiteren sind natürlich auch die Reibungsverluste der Maschine zu berücksichtigen.

 

 

 

 

 

 

 

Aufgabe 4:

Schauen sie sich die Simulation auf dem Computer genau an und ergänzen sie in den Abbildungen 1 bis 4 die Positionen des Verdrängungskolbens bzw. des

Arbeitskolbens.  Welcher Teil des P-V-Diagramms entspricht  dem momentanen          

Zustand  des Motors?

 

 

                          

 

 

  1. Isotherme Expansionsphase: Die Luft wird im oberen Teil des Zylinders erhitzt und drückt den Arbeitskolben nach unten.

 

 

                         

  1. Isochore Abkühlung im Regenerator: Der Verdrängungskolben bewegt sich nach oben. Luft strömt durch die Kupferwolle des Regenerators nach unten und gibt Wärme an die Kupferwolle ab.

                    

 

 

  1. Isotherme Kompression: Der Arbeitskolben bewegt sich nach oben und komprimiert die Luft. Die bei der Kompression entstehende Wärme wird sofort an den Kühlmantel

abgegeben.

 

 

 

 

 

 

 

 

                          

 

 

  1. Isochore Erwärmung im Regenerator: Der Verdrängerkolben bewegt sich nach oben. Die Luft strömt durch die Kupferwolle in den oberen Teil des Zylinders, wobei sie  im Regenerator Wärmeenergie aufnimmt.