Oberflächenvergrößerung

Eine Oberflächenvergrößerung ist die Zunahme der Begrenzung eines Systems gegen das Außenmedium auch bei konstantem Volumen. Die Gesamtoberfläche nimmt bei gleichbleibendem Volumen u. a. zu, wenn ein Körper in Teile zerlegt wird, wenn eine Kugel deformiert wird, wenn ein platonischer Körper in einen anderen mit niedrigerer Flächenzahl überführt wird und wenn ein Würfel in einen andersartigen Quader überführt wird. Allgemein nimmt die Gesamtoberfläche bei gleichbleibendem Volumen zu, wenn ein kompakter Körper in einen länglicheren, flacheren, gegliederten oder differenzierten Körper überführt wird, vgl. auch Zerteilungsgrad. Die Gesamtoberfläche nimmt bei abnehmendem Volumen zu, wenn ein Körper durch Materialentnahme so gehöhlt wird, etwa durch Anbohren, dass die neu entstehende Oberfläche im bisherigen Innern den wegfallenden Teil der bisherigen Oberfläche übertrifft.

Oberflächenvergrößerung gilt als ein wichtiges Funktions- und Entwicklungsprinzip in der Biologie und in der Technik.

Biologie

Auf Oberflächenvergrößerung beruhen in der Zoologie u. a. die räumliche Gliederung der Grauen Substanz, die Faltung der Großhirnrinde, die Kiemenatmung, die Formbildung der Lungenbläschen und der Blutkapillaren. Bei letzteren dreien wird die Fläche des Gasaustausches vergrößert und so die Atmung optimiert. Die Faltung der Großhirnrinde ist ein Gegenstand der topistischen Hirnforschung. Die Form von Erythrozyten ist bestimmt durch ein möglichst großes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Es handelt sich dabei um eine relative Oberflächenvergrößerung. Phagozyten wehren durch Oberflächenvergrößerung und Einstülpung der Oberflächenmembran als Vorstufe der Phagocytose eingedrungene Erreger ab. Ein botanisches Beispiel ist das Pflanzenblatt, das durch eine große Oberfläche in die Lage versetzt wird, möglichst viel Licht aufzunehmen. Cytologische Beispiele sind Mikrovilli an Darmepithelzellen zum besseren Stoffaustausch, die gefaltete innere Mitochondrienmembran und Thylakoide in Chloroplasten.

Technik

Poröse Materialien wie Aktivkohle, Faserstoffe wie Vlies und Haufwerke wie Sintermetallfilter haben eine große innere Oberfläche, die zur Filtration von Partikeln, zur Adsorption von Fluiden und zur Beschleunigung von chemischen Reaktionen in Katalysatoren verwendet werden kann.

Das Anrauen von Oberflächen durch Schleifen oder Strahlen dient der Verbesserung der Haftung von Beschichtungen.

Zur Wärmeübertragung durch Wärmeleitung werden Lamellen- und Rippenrohre eingesetzt. Anwendung finden diese typischerweise in Wärmetauschern wie Heizregistern und Konvektoren. Auch die Lochung von Bremsscheiben und das Zerkleinern von Tiefkühlkost verbessert die Wärmeabgabe.

Zucker und Salz in granulärer Form lösen sich schneller in Wasser. Metalle in Pulverform reagieren mit Sauerstoff so stark, dass es zur Selbstentzündung kommen kann.

Die Oberfläche von Regalsystemen in Bibliotheken, Lagern, Archiven und Aservatensammlungen entscheidet über ihre Kapazität.

Die äußere Oberfläche von Gebäuden soll hingegen durch kompakte Bauweise so klein wie möglich gehalten werden, um der Wärmeverlust an die Umgebung zu reduzieren.

Weblinks

• meinstein.ch