Demonstration des Heißluftmotors
Ein kleiner Stirlingmotor (Spielzeugmodell) wird aufgebaut und betrieben. Er besteht aus zwei Zylindern: einem Arbeitszylinder, der geheizt wird, und einem Verdrängungszylinder. Die dabei geleistete Arbeit wird in Rotation umgesetzt.
Der genau Verlauf der beiden Zylinder kann man aus nebenstehendem Schaubild erkennen. Der komplette Kreisprozess, welcher diesem Stirling-Motor zugrunde liegt, ist folgendermaßen gegliedert in isotherme und isochore Zustandsänderungen.
1 -> 2: Isotherme Expansion, T 2 = const und folglich DU = const. Das Gas expandiert isotherm, die zugeführte Wärme Q 2 verrichtet die Arbeit W 2 < 0:
2 -> 3: Isochore Abkühlung, V 2 = const, Abgabe von Wärme Q a < 0 ohne Arbeitsleistung DW = 0:
3 -> 4: Isotherme Kompression, T 1 = const
und DU = const.
Es wird Wärme Q 1 < 0 abgegeben unter Aufnahme
von Arbeit W 1:
3 -> 4: Isochore Erwärmung, V 1 = const, Aufnahme der Wärmemenge Q b ohne Verrichtung von Arbeit:
Die Gesamtenergiebilanz für Wärmemenge gilt:
und für die Gesamtbilanz der Arbeit:
Die Gesamtenergie bleibt erhalten: Q ges + W ges = 0.
Der Wirkungsgrad der Stirling-Maschine ist durch den Temperaturunterschied der beiden Wärmereservoirs gegeben:
