一項擁有 200 年曆史的發明，在現代技術中得以延續
該視頻展示了一個利用杯麵熱量運行的小型熱機。無論現在還是過去，我們人類都利用熱量來生存。汽車由發動機提供動力，無論是核能還是火力發電，它們都是通過利用蒸汽旋轉渦輪來發揮作用的。熱可能是我們生活中最熟悉但又最難以捉摸的概念。今天我們要講的是至今仍在使用的斯特林發動機。
斯特林發動機大約200年前發明，至今仍在各個領域使用。例如，利用工廠廢熱的小型發電系統、使用生物質燃料的分佈式發電裝置等正在實用化。此外，利用逆循環的斯特林製冷機被用於研究機構創造低溫環境，日本公司製造的小型斯特林發動機也在太空開發領域受到關注，並獲得了美國國家航空航天局（NASA）的訂單。
那麼，為什麼這項古老的技術能夠延續到現代，並且仍在尋找新的用途呢？
工業革命時代的技術挑戰及解決方案
當蘇格蘭牧師羅伯特·斯特林于 1816 年發明發動機時，這是一個嚴重的工業安全問題。作為當時主要動力源的瓦特蒸汽機，為了提高效率，傾向於將鍋爐壓力越來越高。但由於高壓鍋爐技術限制，爆炸事故頻發，造成多名工人死亡。
斯特林看到他的教區居民捲入了這些事故，並致力於開發一種更安全、更高效的電源。他設計的是一種“外燃機”，在外部產生燃燒，並通過從外部加熱和冷卻密封氣缸內的氣體來發電。這樣就無需產生高壓蒸汽，大大降低了爆炸風險。
有趣的是，這項發明並非出於單純的技術興趣，而是為了解決現實的社會問題。
與卡諾循環的有趣關係
要了解斯特林發動機的技術特點，需要了解熱力學的基本概念——卡諾循環。卡諾循環是法國物理學家卡諾於1824年提出的理論熱機循環，它表示將熱量轉化為功時的理論效率上限。
該效率僅由高溫熱源與低溫熱源之間的溫差決定；例如，如果使用1000℃的高溫源和25℃的低溫源，則理論效率約為76%。重要的是，沒有任何熱機能夠超過這個效率。這是自然法則設定的極限。
斯特林發動機是現有的少數有可能達到理論最高效率的熱機之一。當然，現實中由於材料限制和加工精度的限制，不可能達到理論值，但仍然可以實現比許多其他熱機更接近卡諾效率的性能。
考慮到當時蒸汽機的效率在10%左右，可見斯特林發動機的理論潛力有多大。
卓越技術的普遍性
回顧科技史，真正偉大的發明往往能夠歷久彌新。讓我們舉一個熟悉的例子。
傘的基本結構千百年來一直沒有改變，至今仍被用作雨具。從史前時代到現代，輪子的概念一直是所有交通工具的基礎。在建築領域，從古羅馬時代到現代橋樑，拱形結構一直被用作有效分配力的優秀結構。
即使在烹飪的世界裡，用火來加熱食材的基本原理以及用刀片切割食材的刀具的功能作為烹飪技術的基礎仍然沒有改變。
這些事物的共同點是它們都具有基於自然法則的理性機制。同樣，斯特林發動機在 200 年後繼續尋找新的用途，因為它仍然遵循熱力學的基本原理，同時提供安全、高效和與各種熱源兼容等基本優勢。
科學發現的連續性
今天，在羅伯特·斯特林逝世週年紀念日（1790年10月25日至1878年6月6日），我們可以反思科學技術的發展。儘管他的發明是為了解決當時的特定問題而生的，但其背後的科學原理的普遍性在完全不同的時代繼續為我們提供價值。
在現代全球變暖問題和對可再生能源的需求的背景下，人們對斯特林發動機重新產生了興趣，這是這一科學原理的普遍性的完美例子。一項偉大的科學發現不僅為這一代人，也為子孫後代打開了新的可能性之門。