Động cơ Stirling lấy công từ chênh lệch nhiệt độ như thế nào?

Vật lý 12 • Khám phá mở rộng

Động cơ Stirling phối hợp giãn khí ở vùng nóng với nén khí ở vùng lạnh, để một chu trình có thể tạo công ròng. Khí làm việc ở trong hệ kín được chuyển giữa những vùng nhiệt độ khác nhau; nguồn nóng và nguồn lạnh duy trì điều kiện để chu trình tiếp tục. [1][2]

Không cần khí làm việc bị đốt rồi thải mỗi chu trình

Nguồn cấp nhiệt có thể ở ngoài vùng chứa khí làm việc. Khí ấy trải qua các giai đoạn lặp lại, thay vì mỗi lần đều nạp một lượng khí mới rồi xả nó như một chu trình mở. [1]

Vì vậy “động cơ nhiệt” không đồng nghĩa mọi động cơ đều có cùng cấu hình cháy và dòng khí. Điều chung cần theo dõi là năng lượng vào, công ra và nhiệt phải truyền đi.

Giãn và nén phải được phối hợp

Giãn khí nóng có thể đẩy phần tử làm công. Nén khí lạnh cần công nhưng có thể tiêu tốn ít hơn phần thu từ giãn nóng khi các điều kiện chu trình phù hợp. Pha của các chuyển động quyết định phần khí ở đâu trong những giai đoạn ấy. [1]

Một chiếc bình khí chỉ được làm nóng một lần chưa tạo động cơ chạy lặp vô hạn. Phải đưa hệ trở lại trạng thái để tiếp tục chu trình, và giai đoạn trở lại cũng có chi phí năng lượng.

Bộ tái sinh giữ lại một phần trao đổi nội bộ

Khi khí từ nóng đi về lạnh, một bộ tái sinh có thể nhận nhiệt từ khí. Khi dòng đảo, nó trả lại một phần nhiệt, giảm nhu cầu trao đổi trực tiếp với nguồn ngoài. NASA mô tả vai trò này trong các bộ chuyển đổi công suất được nghiên cứu. [2]

Giữ và trả nhiệt không tạo ra nhiệt mới. Tổn hao, trao đổi không hoàn hảo và các giới hạn của cơ cấu vẫn ảnh hưởng hiệu suất.

Một thiết kế có thể nối động cơ với máy phát để tạo điện; phần cơ học chuyển đổi không được nhầm với nguồn tạo nhiệt. Nhiệt độ khác nhau tạo điều kiện cho chu trình, còn cách tổ chức chu trình quyết định phần công thu được.

Kết nối với bài học

Bài học nền tảng: Nội năng. Định luật I của nhiệt động lực học.

Đọc thêm: Vì sao động cơ nhiệt cần thải nhiệt ra môi trường.

Chương trình Vật lý 12 · Trợ lý AI Ước Mơ Lớn.