Innenraum (Naturwissenschaft)
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Als Innenraum wird in den Naturwissenschaften ein Bereich des 3D-Raumes bezeichnet, der von einer geschlossenen Fläche vollständig umgeben ist. Sein Volumen kann leer oder mit Materie gefüllt sein - siehe auch Hohlraum oder Füllung. In Modellberechnungen von Himmels- oder anderen Körpern stellt ein Innenraum oft auch eine reale oder fiktive Schale dar, innerhalb derer bestimmte materielle Eigenschaften oder Potentialfelder herrschen.
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[Bearbeiten] Technische Angaben und Abmessungen
Allgemein werden Größe und Lage von Innenräumen durch Volumina oder durch ihre zwei- oder dreidimensionalen Maße angegeben (Breite, Länge, eventuell Höhe), im Bauwesen durch ihre Abmessungen und Lage, vornehmlich auf einem Plan. Im naturwissenschaftlichen und technischen Bereich kann die Definition eines Innenraums auch durch andere Parameter erfolgen, beispielsweise bei einem Planeten- oder Erdmodell durch Radius und Zentrum einer Kugelschale. Der Rauminhalt wird in den meisten Fachgebieten in Kubikmeter (m³) angegeben (siehe z. B. „umbauter Raum“, aber auch in Kubikzentimeter (cm³) oder in km³ (etwa in der Geologie.
[Bearbeiten] Hohlräume und Schalen von Himmelskörpern
Der allfällige Masseninhalt (wenn die Füllung des Hohlraums von Luft abweicht) wird in Kilogramm (kg) oder in Tonnen (t) angegeben, doch sind eine Reihe von Sondermaßen in Gebrauch (Beispiel: das Fass Barrel in der Erdölwirtschaft). Auch bei vollständig massiven Körpern wird häufig mit Innenräumen operiert, etwa für den schalenförmigen Aufbau von Himmelskörpern oder dem Erdinnern. Bei der Definition solcher Schalen spielt die Gesteins- oder Gasdichte - der Quotient von Masse und Volumen - eine entscheidende Rolle. Bei derart großen Körpern werden Volumina üblicherweise in Zehnerpotenzen von Meter oder Kilometer angegeben (z. B. Erdvolumen = 1083 Milliarden km³ = 1,083.10^18 m³).
Unregelmäßig geformte Innen- bzw. Hohlräume werden seltener durch Ausmaße als direkt durch ihr Volumen angegeben, allenfalls durch eine zusätzliche Längenangabe. So hat z. B. die Nixhöhle in Niederösterreich einen Rauminhalt von etwa 10.000m³ und eine Länge von 1400 Meter. Die Dichte im Innern der Höhle ist 0,0013 g/cm³ (entsprechend der mit 8 °C temperierten Luft). Wäre sie wassergefüllt, wie es etwa oft im Karst vorkommt, dann wäre die Hohlraumdichte je nach Beimischungen zwischen 1,00 und 1,03 g/cm³.
Innenräume können auch mehr Materie als ihre Umgebung beinhalten. So kann beispielsweise der innerste Bereich der Erde, der sog. Erdkern, als Innenraum des Erdmantels aufgefasst werden und hätte gegenüber diesem eine zusätzliche Dichte von durchschnittlich 5,5 g/cm³ (mittlere Dichte des Erdmantels 5,2 und des Kerns 10,7 g/cm³).
[Bearbeiten] Innenräume in der Potentialtheorie
In der Potentialtheorie ist für die Berechnung von Kraftfeldern und Potenzialen die Definition partieller Innenräume eines der wichtigsten Hilfsmittel. Die Unterscheidung zum Außenraum erfolgt meist durch die Anwesenheit bzw. das Fehlen von Quellen und Senken (z. B. Massenpunkte, Dichtefunktionen, elektr.Ladungen oder Dipole). Eine der interessantesten Fakten, die mit Innenraum-Modellierungen zusammenhängen, ist die Konstanz des Potentials innert einer von Masse oder Ladungen umgebenen Kugelschale. In die wissenschaftliche Praxis übersetzt, bedeutet das z. B. Schwerelosigkeit im Innern einer Hohlkugel oder eines astronomischen Gasnebels, oder Symmetrie der elektrischen und magnetischen Kraftwirkungen bei Hohlleitern und ähnlichem.
Die Modellierung solcher physikalischer Eigenschaften eines Innenraums erfolgt - je nach befasstem Fachgebiet - mittels Massenverteilungen, Addition von Einzelpotentialen (z. B. bei konzentrischen Kugelschalen) und durch Berechnung kleiner Störeinflüsse auf ein schalenförmig modelliertes Magnet- oder Schwerefeld. Als Außenraum wird hier i. a. jener umhüllende Raum definiert, der „quellfrei“ ist. Hinsichtlich der Erde wäre dies - je nach Betrachtungsweise - bereits ein Teil der Erdatmosphäre, jedenfalls aber der darüber befindliche „freie Weltraum“.
[Bearbeiten] Siehe auch
- Hohlraum, Füllung, Rauminhalt
- Schalenmodell, Greensche Formeln, Schwerepotential
- Erdinneres vs. Erdkruste, Erdfigur, Gasplanet, Gasnebel
