Η αρχή λειτουργίας της μηχανής Stirling εφευρέθηκε το 1816 από τον Σκοτσέζο αιδεσιμότατο Dr. Robert Stirling και υλοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1818. Από τότε έχει διαμορφωθεί ένα πλήθος εκδόσεων και βελτιώσεων της αρχικής μορφής της μηχανής.

Η μηχανή Stirling είναι μία κλειστή μηχανή αερίου, δηλαδή παράγει έργο με θέρμανση και ψύξη τις ίδιας μάζας αερίου και δεν ανταλλάσει αέριο ούτε με την ψυχρή ούτε με την θερμή πηγή, αλλά μόνο θερμότητα. Διαθέτει δύο έμβολα, το έμβολο ισχύος (κίτρινο), που είναι ερμητικά κλειστό και το έμβολο διαχωρισμού (πράσινο), που είναι πορώδες και επιτρέπει μερικώς την ροή αερίου διαμέσου του.

Ο θεωρητικός κύκλος της μηχανής Stirling περιλαμβάνει τις διαδοχικές φάσεις λειτουργίας που είναι οι εξής:

Α:(4-1) κατά την ισόχωρη θέρμανση το αέριο θερμαίνεται από την θερμή πηγή και περιοριζόμενο από το έμβολο διαχωρισμού αυξάνει την πίεσή του.

Β:(1-2) το θερμό αέριο εκτονώνεται παράγοντας έργο και σπρώχνει το έμβολο ισχύος στην μέγιστη τιμή όγκου.

Γ:(2-3) το αέριο ψύχεται ισοχωρικά μιας και το έμβολο διαχωρισμού το περιορίζει σε επαφή με την ψυχρή πηγή.

Δ:(3-4) το αέριο συμπιέζεται ισόθερμα για να περιοριστεί τελικά στον χώρο της θερμής πηγής από το έμβολο ισχύος λόγω της ορμής που του παρέχει η κίνηση του τροχού (στροφάλου).

Κατά την μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε μηχανικό έργο, η μηχανή Stirling έχει θεωρητικά την δυνατότητα να επιτύχει την μέγιστη απόδοση, $\eta=\frac{W}{Q}=1-\frac{T_{c}}{T_{H}}$

από οποιαδήποτε άλλη θερμική μηχανή, όπου W είναι το παραγόμενο μηχανικό έργο, Q η προσφερόμενη θερμότητα, T_H και T_C οι θερμοκρασίες των ισόθερμων μεταβάσεων 1-2 και 3-4 αντίστοιχα. Όμως πρακτικοί παράγοντες όπως οι ιδιότητες των μη ιδανικών πραγματικών αερίων, η τριβή, οι απώλειες θερμότητας και οι μηχανικές ιδιότητες των υλικών κατασκευής της μηχανής προκαλούν απόκλιση της απόδοσης της μηχανής σε χαμηλότερα επίπεδα.

Διαδικασία:

Η συγκεκριμένη μηχανή Stirling που έχετε στα χέρια σας είναι τύπου Β και για να λειτουργήσει χρειάζεται μία ελάχιστη διαφορά θερμοκρασίας της θερμής (κάτω) και της ψυχρής (πάνω) επιφάνειας της τάξης μόνο των ~7 °C. Τοποθετήστε την μηχανή με την κάτω επιφάνειά της να εφάπτεται όσο καλύτερα γίνεται στην παλάμης σας. Περιμένετε μερικά λεπτά έτσι ώστε ο κάτω δίσκος να αποκτήσει την θερμοκρασία του χεριού σας και στρέψτε με μια μικρή ροπή τον δίσκο περιστροφής (στρόφαλο). Αυτός θα αρχίσει να κινείται και θα διατηρήσει την κίνησή του αρκεί η θερμοκρασία περιβάλλοντος να είναι τουλάχιστον 7 °C μικρότερη από την θερμοκρασία της παλάμης σας.