史特林引擎

史特林引擎(Stirling Engine)，是一種高效率的能量轉換裝置，在西元1816年由蘇格蘭牧師史特林(Robert Stirling) 所發明史特林引擎屬於外燃引擎，只要熱源溫度夠高無論是使用太陽能、廢熱、核原料、牛糞、丙烷、天然氣、沼氣（甲烷）、丁烷與石油等燃料，皆可使其運轉，不同於必須使用特定燃料的汽油引擎、柴油引擎等內燃引擎。

實驗目的

實驗演示

將裝有熱水的杯子置於史特林引擎下方，一段時間之後溫差明顯增大後，史特林引擎即可循著加熱後又冷卻的循環開始運行

示範實驗

原理說明

    史特林引擎所使用的原理基本上就是空氣受熱會膨脹，膨脹之後遇到冷空氣後又收縮，此時如果我們在一個容器中加入一個可自由活動的活塞，放進去之後我們在此容器的下端加熱並且在上端冷卻，其實只要上下兩端有溫差就可以了，接著空氣或因下方加熱而膨脹上升推動活塞，當空氣膨脹後碰到上端的冷空氣又遇冷收縮，這樣就形成一個簡單的循環。
上端冷卻的地方有一動力活塞，動力活塞在體積變化中運轉，並帶動輪子旋轉；另外，內部活塞用來移動氣體，此時在內部活塞和動力活塞各連接到某轉軸上，這兩項要維持90度的相位角。
若內部活塞在最下方，空氣會開始被加熱膨脹因而動力活塞要向上移動，當動力活塞逐漸到達最高點，由於內部活塞和動力活塞要維持90度的相位角，因此帶動內部活塞逐漸下降，使得大部分空氣位於冷空氣區，此時上方空氣會開始遇冷要收縮，動力活塞會開始下降，相同的當動力活塞逐漸到達最低點，由於內部活塞和動力活塞要維持90度的相位角，因此帶動內部活塞逐漸上升，使得大部分空氣位於熱空氣區，如此一來便可以使這個系統開始轉動。但由於當他在90度角受到最大的力開始旋轉後，受到的力量會越來越弱，以致於這個系統可能會沒辦法順利轉完一整圈，此時就必須要加上一個名為飛輪的東西來幫助他順利轉動，如果有了飛輪的配重後，就可以幫助此轉軸受力，因為飛輪有一個慣性使它可以繼續轉動。
如此一來就可以成為一個簡單的史特林引擎了。

思考問題

史特林引擎相較於其他引擎的優勢為何？

Ans: 史特林引擎由於它是屬於外燃引擎，所以他不必在意你使用的是哪一種燃料，因為你的燃料是在外面燃燒，不會影響到內部氣體，只要這個燃料可以產生大量的熱能，並且在上部我們可以提供很大的溫差，這個引擎就可以開始運作，相較於其他的引擎是在內部燃燒，這就有嚴重的爆震的問題，這個問題是比較困難解決的，首先要選燃料，然後要降低爆震程度，然而，史特林引擎的燃料是在外部燃燒加熱內部氣體，所以和內部氣體不會有直接接觸的反應，所以就省掉了這個問題，在現在這個時代，大家都講求節能減碳，在這樣的趨勢之下，對於燃料的選擇較自由的史特林引擎在未來勢必會有較大的優勢。

生活中的應用

史特林引擎現在已經開始被實驗裝置在目前都是使用內燃引擎的物品上，例如汽車，也許在不久後的將來史特林引擎會完全取代內燃引擎，畢竟他在燃料的選擇上比較自由，而且由於沒有爆震的問題，所以使用上也會比較耐久和安全。

參考資料

Fundamentals of Physics, Halliday

工作人員

鍾旻峰、鄭兆文、陳柏中、魏銘良

周貞佑、施宏璋、胡逸凡

指導老師

傅昭銘教授