Der Stirlingmotor

1 Einstieg

Eine Maschine, die Wärme in Bewegung verwandelt

Jetzt lassen wir Gase arbeiten. Ein Stirlingmotor macht Wärme zu Bewegung.

Wärmekraftmaschine:Nimmt heiß Wärme auf, gibt kalt Wärme ab und dreht dabei ein Schwungrad.
Geschlossen:Das Gas bleibt immer im Motor, es wird nur abwechselnd erwärmt und abgekühlt.
Kreisprozess:Nach vier Takten ist das Gas wieder im Ausgangszustand.

2 Erklärung

Zwei Kolben, vier Takte

Im Motor stecken zwei Kolben mit ganz verschiedenen Aufgaben.

Verdrängerkolben:Sitzt locker im Zylinder und schiebt das Gas zwischen heißer und kalter Seite hin und her.
Arbeitskolben:Schließt dicht ab und überträgt die Arbeit auf das Schwungrad.
Vier Takte ergeben einen vollständigen Umlauf.

Rot bedeutet: Das Gas steht auf der heißen Seite, blau: auf der kalten.

Takt 1 von 4 Isotherme Expansion Das heiße Gas dehnt sich aus und schiebt den Arbeitskolben nach rechts. Hier gibt der Motor Arbeit ab.

Entscheidend ist der Vergleich von Takt 1 und Takt 3: Beide bewegen den Arbeitskolben, aber im heißen Gas herrscht bei gleichem Volumen ein höherer Druck. Deshalb liefert die Expansion mehr Arbeit, als die Kompression verbraucht — die Differenz treibt den Motor an.

Warum der Motor läuft

heiß ausdehnen — kalt zusammendrücken

Expansion

Heißes Gas hat hohen Druck und gibt viel Arbeit ab.

Kompression

Kaltes Gas hat kleineren Druck, das Zusammendrücken kostet weniger Arbeit.

Nutzarbeit

Die Differenz beider Arbeiten treibt das Schwungrad an.

3 Hinweise

Worauf du achten musst

Zwei Kolben, zwei Aufgaben

Der Verdrängerkolben dichtet nicht ab. Er ändert nur den Ort des Gases, nicht das Volumen.

Die kalte Seite ist nötig

Ohne Temperaturunterschied läuft der Motor nicht. Heizen allein genügt nicht.

Vier Takte, ein Umlauf

Erst nach allen vier Takten ist das Gas wieder im Anfangszustand. Die Gasmenge bleibt dabei immer dieselbe.