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 jét 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...


 

Felhasznált irodalom