Felület - Térfogat - Fajlagos felület
A fizikai és kémiai
jelenségek jelentős része az anyagok
felületén játszódik le. (Külön szakterületek foglalkoznak ezekkel.)
A felületeknek, tudatos kialakításuknak nagyon lényeges szerepük van.
Játszadozzunk el egy kicsit ezzel a témakörrel.
Méretnövelés és csökkentés
Biztosan
sokak számára ismerős, hogy nagyobb méretben nem minden olyan, mint kicsiben.
Jól ismert kérdés az iskolából a családi gyufa esete. Meg szokták kérdezni miért
használódik el hamarabb a családi gyufa dörzsfelülete, mint a normál gyufásdobozé.
A méretére már nem emlékszem, de régen létezett egy a szokásosnál sokkal nagyobb
doboz gyufa.
Tételezzük fel, hogy ennek minden oldala kétszer akkora, mint a szokásos gyufásdobozé.
Ez esetben a két dörzsfelület nagysága négyszer akkora lesz, mint szokásos
gyufásdobozon.
A doboz térfogata, viszont nyolcszorosa lesz.
Vagyis kétszer annyi gyufát
kellene meggyújtani "egységnyi" területen.
Nézzük az ellenkező esetet.
Ha egy kockát kettévágunk, akkor változatlan térfogat
mellett, a felülete 1/3-dal nő. Ha a két felet újra kettévágjuk, akkor az összes
felület újabb egyharmaddal nő. Vagyis minél tovább aprítunk valamit annál nagyobb
lesz az összes felülete, változatlan térfogat
mellett.
A példából
jól látható, hogy a méret mennyire lényeges!
Ezt már az élővilág is ismeri. Minél kisebb egy élőlény annál nagyobb a fajlagos
felülete.
Ebből következően, minél kisebb egy emlős, annál nagyobb energiamennyiség
szükséges állandó hőmérsékletének
fenntartásához. Annál többet kell ennie (fajlagosan).
A világ legkisebb emlőse a 3 - 5 cm-es etruszk vagy kisded cickány.
(Naponta a testsúlyánál kétszer nagyobb mennyiséget eszik, hogy életben maradjon.)
A fentiekből
már érthető, hogy nem véletlenül vágják fel vékonyra a fát a tűzgyújtáshoz!
A nagyon apró szemcséjű anyagok sokkal könnyebben meggyulladnak. Ha a levegőben
valamilyen éghető anyag porát eloszlatjuk, robbanóanyagként viselkedik. A lisztpor
például egész jelentős robbanást képes produkálni!
Nagyon súlyos baleseteket okozott már - a képen egy malom maradványa lisztpor
robbanása után.
Sima vagy bordázott
Az adott körülményektől, elvárásoktól függően egyes esetekben minél simább felület kialakítása a cél, máskor éppen az ellenkezője.
Egy gépkocsit például nem csak azért lakkoznak "tükörsimára", mert úgy szebbnek tarjuk, hanem azért is, mert úgy kisebb a légellenállása, kevésbé tapad meg a kosz rajta, stb.
Ugyanezen okokból alakítanak ki tükörsima felületű (mondjuk saválló acél) felületeket
az élelmiszeripari berendezésekben. Minél simább a felület annál kevésbé tapadnak
meg rajta a gyártás során a benne áramló anyagok, annál könnyebb tisztítani
és annál kisebb a később szennyeződés veszélye.
Ugyanakkor számos esetben éppen a minél nagyobb felület a cél. Egy hűtőborda akkor jó, ha minél nagyobb felületet sikerül kialakítani, mert akkor sokkal jobban át tudja adni hőjét az átáramló levegőnek.
Ugyanez a cél az adszorbensek
esetén. Amikor például aktív
szénből szűrőt
alakítanak ki, a minél nagyobb felület a cél.
Lényeges az alak az épületeknél is. Adott térfogat esetén a legkisebb felület a gömb. Ez viszont elég nehezen valósítható meg mondjuk egy épület esetén. Épületeknél a kocka biztosítja az ideális felület - térfogat arányt. Ha viszont mindenféle tornyocskákat, kiugrókat, bemélyedéseket alakítanak ki, akkor nagyon megnő a felület és egy adott alapterületű épület sokkal nagyobb hőt tud leadni (vagy felvenni), mint az ideális alakú.
Egy "ideális" alakú és egy "felületnövelt" ház...