熱力循環：熱空氣引擎定性實驗

描述

P2.6.1.5 將熱空氣引擎P作為熱引擎、熱泵和冰箱操作

熱空氣引擎（由R. Stirling於1816年發明）是最古老的熱引擎之一，與蒸汽機一起。在非常簡化的條件下，它的熱力循環包括低溫等溫壓縮、等容加熱、高溫等溫膨脹和等容放熱。排搖臂和工作活塞通過連杆連接到曲柄軸，其中排搖臂領先工作活塞90度。當工作活塞處於上止點（a）時，排搖臂向下移動，將空氣位移至缸筒的電加熱區域。在這裡，空氣受熱、膨脹並推動工作活塞向下運動（b）。機械功轉移到飛輪上。當工作活塞處於下止點（c）時，排搖臂向上移動，將空氣位移至缸筒的水冷區域。空氣冷卻並被工作活塞壓縮（d）。飛輪提供了執行這個過程所需的機械功。

根據曲柄軸的旋轉方向，當外部驅動飛輪時，熱空氣引擎可以作為熱泵或冰箱操作。當工作活塞處於下止點時，排搖臂向上移動時，它將空氣位移至缸筒的頂部部分。然後，空氣由工作活塞壓縮，並將熱量轉移給缸頭，即熱空氣引擎作為熱泵操作。當以相反方向運行時，當工作活塞處於缸筒的頂部時，它會使空氣膨脹，從而從缸頭吸熱；在這種情況下，熱空氣引擎作為冰箱操作。

實驗P2.6.1.5定性地研究了熱空氣引擎P作為熱引擎的運作。熱空氣引擎P是一個透明的模型，用來展示能量轉換的基本原理。熱空氣引擎P由酒精燃燒器驅動，並通過一個小發電機將機械能轉換為可以測量的電壓。此外，還展示了熱空氣引擎P作為熱泵和冰箱的操作方式。通過變化給熱空氣引擎P提供的機械功率，即電動機的轉速，觀察其對加熱或制冷功率的影響。