模玩系列 一種燒啥都行的發動機，甚至用冰塊也能驅動

大家好,我是方包 前兩天B站的小姐姐給我寄了本書 裏面都是些物理化學生物 天文氣象地理相關的小實驗 我翻開一看 前言之前就提醒了 注意安全 那我們今天就來聊點需要注意安全的東西 斯特林發動機 這是一種外燃式發動機 只需要給加熱箱加熱 或者給散熱箱降溫 就可以驅動它 因爲它的原理是氣體的熱量冷縮 所以只要兩端有溫差就可以驅動 不過加熱顯然比降溫更容易實現一些 所以我們就用酒精燈來給加熱箱加熱 通常在室管加熱實驗中 需要先給室管預熱 雖然我們這不是個室管 但畢竟也是個玻璃氣缸 預熱是爲了使管壁乾燥 受熱均勻 防止玻璃管炸裂 等待酒精燈加熱管內空氣片刻 撥動飛輪 給予一定的初始動能 便成功驅動斯特林發動機 發動機帶動下方發電機 點亮電燈 將熱能轉化爲動能 動能再轉化爲電能 接下來就讓我們深入瞭解一下 斯特林發動機的原理 我是芳茂 在聊斯特林發動機之前 我們需要掌握一點熱力學知識 這是一個上方蓋有活塞的密閉氣缸 活塞可以沿管壁上下移動 氣缸內封有一定量的氣體 此時氣缸內外氣壓相同 活塞停留在當前位置 現在我們加熱氣缸 氣缸內的氣體吸熱膨脹 氣缸內氣壓升高 便推動活塞向上移動 熄滅火焰 氣缸內的氣體向外界散熱 溫度降低 氣體收縮 氣缸內的氣壓降低 外界大氣推動活塞向下移動 直至內外氣壓平衡 再次點火 氣體吸熱膨脹 活塞上移 滅火 氣體放熱收縮 活塞下移 給活塞安裝上氣軸連桿 便可以將活塞的上下移動 輸出爲圓周運動 不斷的點火 滅火 氣體不斷膨脹收縮 活塞由此上下移動 我們就得到了一個最簡單的熱氣機 簡單到甚至不能稱之爲機器 很顯然 這個裝置存在很大的問題 氣體和氣缸完全散熱需要時間 重新加熱也需要時間 活塞的上下移動必然是緩慢且不連續的 所以這個裝置需要改進一下 首先是不能停火 只有氣缸底部持續加熱 氣缸內的氣體經過底部時 才能迅速吸熱膨脹 接下來要實現被加熱的氣體迅速放熱 首先我們把氣缸的上半部分 更換爲更加利於散熱的材質和結構 並在氣缸內部增加一個儀器器 儀器器直徑稍小於氣缸直徑 並且使用隔熱材料製成 儀器器 顧名思義 移動氣體 當儀器器在氣缸內上下移動時 便可以將氣體排擠到氣缸的下部和上部 接下來讓我們看看 如何利用儀器器加快整個裝置的運轉速度 首先 氣缸下方氣體吸熱膨脹 穿過氣缸與儀器器的縫隙 推動活塞上移 之後將儀器器下壓 將下方氣體排擠到氣缸上部 並隔結熱源 此時來到上方的氣體迅速散熱 氣壓降低 活塞下移 之後再將儀器器上臺 將上方氣體排擠到氣缸下部 使其再次吸熱膨脹 推動活塞上移 整個過程不斷循環 這臺熱氣機就能連續運轉下去 那誰來控制儀器器的運動呢 我們再改進一下這個裝置的設計 移動一下活塞的位置 給儀器器添加曲軸連桿 並與活塞的曲軸相差90度 由活塞的運動帶動儀器器運動 這樣我們就得到了一臺斯特林發動機 回到視頻開頭展示的那臺發動機 雖然造型不同 但原理相同 同樣是這個槍內的氣體吸熱膨脹 推動活塞向外運動 同時曲軸連桿機構將活塞的直線運動 轉換爲圓周運動 並通過另一側的飛輪帶動儀器器內移 將加熱槍內的氣體排擠到散熱槍 氣體迅速散熱 槍內氣壓降低 外界大氣推動活塞向內移動 同時儀器器被帶動到達加熱槍末端 槍內氣體被排擠到加熱槍 迅速吸熱膨脹 再次推動活塞向外運動 這個過程不斷循環 發動機就實現了連續運轉 這就是斯特林發動機的原理 這種發動機還是有不少優點的 首先燒什麼都行 汽油煤油植物油 也有利用太陽能加熱的 其次噪音小 對工作環境要求低 有些潛艇就使用了斯特林發動機 不過它也有不少缺點 運轉前需要等待加熱 還需要提供初始動能等等 大家可以思考一下它適合用在什麼地方 最後 我們熄滅酒精燈的時候 一定要用燈罩蓋滅 絕對不能用吹的 因爲吹的話有可能把高溫空氣吹入瓶內 和裏面飽和的乙醇蒸汽混合 然後就可能 嘣 大家如果不想毀容的話 就老老實實的蓋蓋吧 千萬別學電視劇 另外這本書裏 還使用了一種更爲簡化的模型 來介紹斯特林發動機的原理 也還不錯 感興趣的朋友可以看看 好了 以上便是本期視頻的全部內容了 每一項發明的背後 都是設計者的奇思妙想和縝密邏輯 我是飽飽 感謝您的關注 我們下期再見