NTCU嘞學遊戲Lab：溫差引擎

國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

科學遊戲實驗室　　　回首頁　

溫差引擎

裝置簡易又有趣的引擎

※ 器材：大試管（長約20公分、內徑約1.8公分）、玻璃珠6顆、玻璃針筒、酒精燈、橡皮塞、橡皮　　　　管、棉線、木板座及木棍

※操作步驟與現象：

近年來史特林引擎（Stirling engine）受到國內外學者與老師的關注，設計與實作各式各樣的史特林引擎。本實驗裝置是較為簡便的設計，在材料準備妥當的情形，約半小時即能組裝完畢，成功率也相當高。

組裝好的裝置如右圖圖一，試管中裝有玻璃珠，並以橡皮管連接到注射針筒。一開始試管傾斜向左邊（玻璃珠在左邊試管口），當酒精燈在試管右邊底部加熱之後，針筒會反覆上下運動，有如活塞，進而帶

動試管上下運動，試管內的玻璃珠持續的左右來回滾動，相當有趣。

觀看實驗影片（4.3M）

製作過程：

1.首先取一約20毫升的玻璃針筒（塑膠針筒不適合！），針頭套上大小適合的橡皮管（能密封不會漏氣），橡皮管再插進挖了洞的橡皮塞（同樣不能漏氣，而橡皮塞要配合試管的大小），如圖二。為避免漏氣，可用鐵絲或漆包線綁住針頭與橡皮管，如圖三。

2.以二根木棍固定在木板上，再綁上棉線，組合成如圖四的架子。圖四中，二根木棍的的距離約15～20公分，而棉線繞一個圈垂下來，是準備套進大試管。

3.將圖二的橡皮塞套進大試管，再將試管套進棉線的圈圈中，形成圖五的裝置，此時試管應向左傾斜。（註：針筒可用膠帶固定在布板底座，但是在以下第5、6步驟的調整過程時，經常需要再移動針筒的位置）

4.檢查圖五的裝置是否密閉不會漏氣？方法是：將針筒活塞往上提（針筒底部固定在木板底座），然後放手，查看針筒是否會回到原來位置？如果針筒不會回到原來位置，代表有漏氣，需要調整與密封橡皮管、橡皮塞的連接處。

5.接下來是調整試管的位置。首先；將橡皮塞套進試管之前，將針筒的活塞拉出約2毫升的距離，讓針筒內有2毫升的空氣體積，然後橡皮塞再套進試管密封。如果在加熱之前，針筒內沒有預留一些空氣，溫差引擎會不容易成功！接著調整的重點為：觀察針筒的活塞上下移動時，試管是否也會跟隨變換傾斜方向。方法是：將針筒活塞略用力的往上提（針筒底部固定在桌上不動），試管必須會連動的往右傾斜，讓玻璃珠滾到右邊。而鬆手後針筒活塞往下回到原來位置，試管必須會跟著往左斜，玻璃珠滾回左邊試管口。

6.如果拉高、放鬆針筒活塞的過程，試管不會隨著右斜、左斜，可以調整：(1)棉線的高度；如圖六，將木棍上的棉線位置往上提或往下降。(2)棉線在試管的（重心）位置；如圖七，將棉線往左或往右移動。

注意：以上調整的目標是：「針筒活塞上、下移動，能使試管右斜、左斜（玻璃珠右滾、左滾），而且針筒活塞上下移動的距離越小越好」。

7.調整完畢之後，就可以將酒精燈放到試管下方，點燃酒精燈，試驗能否成功的讓溫差引擎開始運動（需要加熱約一分鐘以上）。

注意：溫差引擎通常不太容易自動啟動，加熱約一分鐘之後，可以用手壓一下針筒活塞，協助啟動。