El cicle de Stirling

El cicle de Stirling consisteix en quatre processos: dos d'isotèrmics i dos d'isocors, com indica la figura. La substància de treball es considera un gas ideal.

Un aspecte important del cicle teòric de Stirling és el regenerador, que té la propietat d’absorbir i cedir energia calorífica en les evolucions a volum constant i que comentarem més endavant.

 

Cicle de Stirling teòric

Un motor ideal de Stirling consta, com hem dit, de quatre processos termodinàmics, que mostrem al diagrama (pressió - volum).

Suposem que la substància de treball està formada per n mols d’un gas ideal tancat en un recipient amb un èmbol que es pot desplaçar. El gas experimenta els processos següents:


Procés 1 →  2

És una expansió isotèrmica a temperatura alta     (  ) des del volum inicial    fins al volum final   .

La variació d’energia interna és zero , ja que l’energia interna és una funció d’estat que només depèn de la temperatura.

El gas fa un treball   i, per tant, ha d’absorbir una quantitat igual d’energia del focus calent per mantenir la temperatura constant. Amb el primer principi de la termodinàmica deduïm que:

     

Procés 2 →  3

És un procés isocor a volum constant    des de la temperatura   a la temperatura   (  ).

El treball fet és nul ,  ja que     .

El gas ideal cedeix calor i disminueix la seva energia interna, i per tant, també la temperatura:

 

Procés 3 →  4

El gas es comprimeix a la temperatura constant   , des del volum inicial   fins al volum final  . Atès que el gas es troba a baixa pressió, el treball necessari per comprimir-lo és menor que el que proporciona durant el procés d’expansió.

La variació d’energia interna és zero, .

Es fa treball    sobre el gas, que, per tant, ha de cedir una quantitat de calor cap al focus fred per mantenir la seva temperatura constant.

 

Procés 4 → 1

És un procés isocor a volum constant  . El treball fet és nul .

El gas absorbeix calor, de manera que n'augmenta l'energia interna i, per tant, la temperatura:





Següent