Stirlingmotor på en kop varmt vand
En Stirlingmotor kører på en forskel i temperatur, og en lavtemperaturmodel kan køre på en kop varmt vand. Sæt den på isterninger, og den kører den modsatte vej. Forsøget gør det tydeligt, at det er forskellen i temperatur, der driver motoren, og kobler til varmepumper og overskudsvarme.
Hvordan afhænger Stirlingmotorens fart af temperaturforskellen mellem top og bund?
Det skal I bruge
| Vare | Varenr. | Antal og formål |
|---|---|---|
| Stirlingmotor, lavtemperatur | 308201 | 1 pr. gruppe eller som demonstration |
| Temperatursensor, trådløs (PASCO PS-3201) | PS-3201 | 2 stk. til top og bund |
| Bægerglas 250 ml (8 stk.) | 100022 | Til varmt vand |
| Stopur, digitalt | 192800 | 1 pr. gruppe |
Andet udstyr: elkedel; isterninger og en tallerken; mobil med slowmotion-video til at tælle omdrejninger.
Sikkerhed
Pas på med kogende vand fra elkedlen. Lad vandet køle lidt af, før motoren sættes på, og følg producentens anvisning om maksimal temperatur.
Sådan gør I
- Hæld varmt vand i et bægerglas eller en kop, så motoren kan stå oven på.
- Mål temperaturen af vandet og af luften i lokalet.
- Sæt motoren på koppen, vent et minut og giv svinghjulet et lille skub.
- Tæl omdrejninger i 30 sekunder, eller film svinghjulet og tæl bagefter.
- Gentag hvert femte minut, mens vandet køler af, og notér vandets temperatur hver gang.
- Sæt til sidst motoren på en tallerken med isterninger og se, hvilken vej den drejer.
Med PASCO-sensor
Sæt én trådløs temperatursensor (PS-3201) mod motorens bundplade og én mod toppladen med tape. Så logger SPARKvue temperaturforskellen, mens vandet køler af. Eleverne kan lave en graf med omdrejninger som funktion af temperaturforskel.
Hvad sker der?
Inde i motoren skubbes den samme luft frem og tilbage mellem den varme og den kolde plade. Når luften er ved den varme plade, udvider den sig og skubber stemplet. Når den er ved den kolde plade, trækker den sig sammen.
Jo større temperaturforskel, jo mere udvider og trækker luften sig sammen, og jo hurtigere kører motoren. Står motoren på is, er det toppen, der er varmest, og derfor drejer den modsat.
Spørgsmål til eftertanke
- Hvordan ændrede farten sig, da vandet kølede af?
- Ved hvilken temperaturforskel stoppede motoren?
- Hvorfor drejer motoren den modsatte vej på isterninger?
- Hvor kunne man bruge en motor, der kører på en lille temperaturforskel?
Til læreren
Farten falder tydeligt, efterhånden som vandet køler af, og motoren stopper, når temperaturforskellen bliver for lille til at overvinde gnidningen. Hvornår det sker, afhænger af den enkelte motor.
Forsøget egner sig godt som demonstration ved tavlen og som indgang til termodynamik, varmepumper og overskudsvarme fra industri og datacentre.
Vejledningen er udarbejdet af LabDidakt. Læreren skal altid selv vurdere sikkerheden ved forsøget i sin klasse og følge skolens retningslinjer og sikkerhedsdatabladene for de kemikalier, der bruges.
