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时间:2018-11-02
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1、自制斯特林引擎发电机在偏远地区,收听广播可能是唯一的娱乐,也是与文明世界沟通的管道,但偏远地区常无电力供应,甚至连电池都难以取得。虽收音机本身轻巧耐用,因缺乏适当的电力,收听广播变得十分麻烦,于是有人就想到利用发条经变速齿轮驱动微型发电机,提供收音机所需微不足道的电力。斯特林引擎在某些场合也具有类似的功能,尽管至今为止小型轻巧的斯特林引擎之输出功率,仍无法与尺寸相仿的内燃机匹敌(极其微小的斯特林引擎与同尺寸内燃机之比较,又另当别论),就收音机或小型照明设备而言,斯特林引擎之输出功率却恰到好处,并且具有燃料多元化、安静、污染少、构造
2、简单耐用、保养方便等优点。玻璃制的透明斯特林引擎作为教具,固然可以寓教于乐,令学生印象深刻,但如果能进一步利用斯特林引擎作为动力,制作相关的动力机械,例如,装配一辆汽车模型(注一),或驱动发电机发电,并以此电力驱动小功率电器,除了完整介绍引擎之原理、构造和用途,更能演示热学原理、能量守恒原理、发电机负载原理,使斯特林引擎教具不但在高中、大学之物理学教学有用,也能应用在技职课程之教学和科普教育。本文介绍这一部双缸水平并卧透明试管引擎发电设备,由两具特别设计的斯特林引擎(注二)组合而成,其内部构造和运转情形一目了然。尽管乍见其外观(图
3、一),构造似乎有些复杂,装配过程好像颇棘手,但其独特的设计已降低了精度的要求,不难成功自制,正适合有兴趣的读者大显身手。图一:试管引擎的实物照片,摄于2004年4月14日。一、自制这款引擎所需的材料:1.外径1.85cm、内径1.7cm的试管二个,外径1.63cm,内径1.45cm的试管二个(化学实验室或玻璃仪器行一定有,价格各约二、三十元台币);2.粗约0.4mm(0.016号)的吉他钢弦(乐器行有售,35元一条);3.长约16cm,横截面2×3mm2的铝杆二支;4.玻璃毛细管(外径5.8mm,内径0.45mm,学校实验室找得到
4、);5.直径1.5mm,长10cm的钢棒两根(就是尚未攻牙的钻头,钻头工厂有卖);6.内径1.3cm,长约7cm的玻璃管二个;7.内径8mm的玻璃管;8.内径2.2mm,长约20cm的橡皮管;9.内径15mm,长约20cm的铝棒一根;10.直径20mm,长约20cm的PE棒(以上五项,台北市太原路都找得到);11.白杨木条若干(五金行有售)。二、自制附属发电机所需的材料:1.直径0.3mm的漆包线80m;2.直径3cm,厚6mm的铷铁硼稀土磁铁(俗称强力磁铁)两块。3.双面胶。三、所需的工具:小型车床和钻床、钻石轮锯(五金工具行有
5、售,售价仅台币数百元);美工刀、砂纸;AB胶、热熔胶等。________________________________________四、纯手工装配的制程:图一为本车的全貌,双缸水平并卧,以95度药用酒精为燃料。利用具有弹性的吉他琴钢弦,经内径很细(约0.4mm)的玻璃毛细管伸入试管制成的温差气室中,牵移其中以较小试管制成的移气胴体,借着空气的黏滞性达到很好的气密效果。汽缸为内径1.3cm,长7cm的玻璃管,活塞以铝棒车制;吉他钢弦连接白杨木制移气连杆的部位,又受一内径8mm的玻璃管局限,俾能确保高转速时引擎之正常运转。装配时,
6、车体大致可分为五大部分:(一)铝制活塞和玻璃管构成的汽缸;(二)套合大小两试管构成的温差气室;(三)曲轴和轴承组件;(四)发电机;(五)发光二极管负载。首先,用白杨木制成H型支架,支架上方有两PE棒车成的轴承,两块直径3cm,厚6mm的铷铁硼稀土磁铁,夹在直径1.5mm,长10cm的钢棒中段,此稀土磁铁兼有发电机转子和飞轮的功能,钢棒作为转轴置于轴承中,转轴两端分别装上由白杨木制成的曲柄,两曲柄的相对角度可以随意,把另一根直径1.5mm的钢棒锯成两截,各长2.5cm,作为曲轴,曲轴装在曲柄上。整个H型支架安装在木板底座上(图二)。
7、 图二:白杨木制成H型支架,支架上方有两PE棒车成的轴承,转轴两端分别装有白杨木制成的曲柄和钢棒曲轴。选用两支内径1.3cm,长约7.0cm的玻璃圆管,作为汽缸。再将直径约1.5cm的铝棒,车成恰可在汽缸中滑动的活塞,活塞长2.5至4.0cm。用钻头将此活塞中心掏出一个直径约0.9cm的圆穴,使此活塞成为圆柱形杯状物(图三)。 图三:铝制活塞、玻璃汽缸和铝制动力连杆的特写镜头,活塞和动力连杆以习用方式连接。在圆穴中塞入一支PE制成的小圆管,此小圆管横向穿有一小截直径1.0mm的钢棒,作为活塞插销,将其穿过铝制动力连杆一端的小孔
8、。动力连杆长约8cm,横截面2×3mm2,被充分镂空,一方面保留其强度和刚性,另一方面减轻其重量,动力连杆另一端的小孔套在曲轴上。两个汽缸下方都以适当大小的PE棒制成的杯状物塞住,此PE杯状物杯口朝向汽缸,侧面钻一小孔恰容内径2.2mm的橡皮管塞入
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