Wo Strom fließt, da sind elektromagnetische Felder nicht weit.
Elektrische Felder bauen sich auf, wenn zwei Körper elektrisch unterschiedlich geladen sind. Bewegen sich diese elektrischen Ladungen zudem, dann entsteht magnetische Strahlung - in einem Feld, das senkrecht zur elektrischen Ladung liegt. Wenn zum Beispiel Strom durch eine Leitung fließt, bildet sich sowohl ein elektrisches als auch ein magnetisches Feld aus. Sind beide Strahlungsarten untrennbar miteinander verknüpft, spricht man von einem elektromagnetischen Feld.
Elektromagnetische Felder lassen sich durch ihre Amplitude, Wellenlänge sowie Frequenz beschreiben.
- Die Amplitude beschreibt die Stärke des Ausschlages der Welle.
- Die Frequenz ist die Anzahl der Schwingungen pro Zeiteinheit.
- Mit der Wellenlänge gibt man den Abstand der einzelnen Schwingungen voneinander an.
Niederfrequente elektrische und magnetische Felder
Bei niederfrequenten Feldern handelt es sich um Wechselfelder mit Frequenzen zwischen 1 Hz und 100 kHz. Wechselfelder werden sie deshalb genannt, weil Stärke und Pole der Felder konstant und häufig wechseln.
Die meisten niederfrequenten elektrischen und magnetischen Felder in der Umwelt des Menschen entstehen in der direkten Umgebung von Hochspannungsleitungen und Bahnenstromanlagen.
Das elektrische Bahnstromnetz wird in Deutschland mit einer Frequenz von 16 2/3 Hz betrieben. Die Grenzwerte für diese Anlagen liegen bei einer elektrischen Feldstärke von 10 kV/m und einer magnetischen Flussdichte von 300 µT.
Hier wie auch bei den Hochspannungsleitungen gilt, dass mit zunehmendem Abstand die elektrische und magnetische Feldstärke rasch abnimmt. Hauswände können bis zu 90 Prozent des von außen auf das Haus wirkenden elektrischen Feldes nach innen abschirmen.
Aber bitte mit Sicherheitsabstand: Auch Haushaltsgeräte erzeugen Spannungsfelder.
Auch Haushaltsgeräte erzeugen niederfrequente elektrische und magnetische Felder. In Deutschland gelten für diese Felder keine Grenzwerte, da sie in der Regel sehr schwach sind. Einzig an der Oberfläche von Motoren wie beim Fön oder Rasierapparat können höhere Feldstärken auftreten. Da die Felder aber nicht gleichmäßig sind, werden Spitzenwerte nur an wenigen Stellen erreicht. Diese Felder reichen zudem nicht weit und mit jedem Zentimeter Abstand werden sie wesentlich schwächer: Schon bei einem Abstand von rund 30 cm sind die magnetischen und elektrischen Flussdichten der meisten Haushaltsgeräte irrelevant gering.
Auswirkungen auf den Menschen
Ein elektrisches Feld dringt kaum in den menschlichen Körper ein und kann lediglich direkt an der Oberfläche Effekte auslösen. Da der menschliche Körper zum großen Teil aus elektrisch leitenden Flüssigkeiten besteht, werden durch ein äußeres elektrisches Feld jedoch auch Ladungen im Körper angeregt und es fließen Ströme im Körper, so genannte Körperströme. Dieser Vorgang - Influenz genannt - erfolgt solange, bis sich die Körperoberfläche einheitlich aufgeladen hat. Dann tritt im Körperinneren kein elektrisches Feld mehr auf.
Auch ohne äußere Felder treten im Körper des Menschen elektrische Ströme auf: Nerven leiten die Signale mittels elektrischer Impulse weiter; den Takt des Herzschlages gibt der Sinusknoten über elektrische Impulse vor. Diese Impulse können im Elektrokardiogramm (EKG) aufgezeichnet werden.
Ist der menschliche Körper einer elektrischen Feldstärke von 1 kV/m ausgesetzt, können in ihm Stromdichten von bis zu 14 µA entstehen. Zum Vergleich: Nervenzellen benötigen eine Stromdichte von 800 µA, um Signale weiterzugeben.
In mehren Versuchen hat man versucht die magnetischen Flussdichten zu bestimmen, ab denen der menschliche Körper eine eindeutige Reaktion zeigt. Demnach wird das Sehen ab 2 mT durch ein Flimmern gestört. Ab 30 mT ist es nicht nur ein Flimmern, vielmehr werden Muster erkannt. Erst ab 60 mT führt das Magnetfeld zu Kopfschmerzen.
Zur Erinnerung: Der Grenzwert unter dem Bahnstromnetz liegt bei einer magnetischen Flussdichte von 300 µT, also 0,3 mT. Zu beachten ist dabei allerdings immer auch der Zeitraum, über dem man einer bestimmten elektromagnetischen Feldstärke ausgesetzt ist.
Funktioniert nur mit hochfrequenter Strahlung: Funkmast in Polen
Unter hochfrequenter Strahlung versteht man Strahlung mit einer Frequenz von 10 Kilohertz (kHz = 1.000 Hz) bis 300 Gigahertz (GHz = 1.000.000.000 Hz). In diesem Bereich wechseln die elektrischen sowie die magnetischen Felder in jeder Sekunde mehrere Tausend bis Millionen Male ihre Richtung.
Hochfrequente Strahlung wird von Antennen ausgesendet und fast ausschließlich für die Kommunikation eingesetzt: sämtliche Varianten von Radio- und TV-Signalen, alle Funktechniken, die Handy-Netztechniken GSM und UMTS, schnurlose Telefone, Wireless LAN und Bluetooth senden mithilfe von hochfrequenten Feldern.
Jede Sendeform verwendet eine anderen Frequenzbereich und anderen Sendeleistungen. Die Stärke der hochfrequenten Strahlung wird entweder in Form der elektrischen (V/m), der magnetischen (A/m) Feldstärke oder in Form der Leistungsflussdichte (W/m2) angegeben. Die Leistungsflussdichte erhält man, wenn man die elektrische mit der magnetischen Feldstärke multipliziert.
Auswirkungen auf den Körper
Die Auswirkungen auf den menschlichen Körper sind abhängig von der elektrischen Leitfähigkeit des Gewebes: Körperflüssigkeiten und Muskeln leiten gut, Haut und Knochen nur sehr schlecht.
Nimmt der Körper Energie auf, erwärmt er sich. Ein Maß für die vom Körper aufgenommene Leistung ist die spezifische Absorptionsrate (SAR) in W/kg. Unterhalb von 1 W/kg kann ein gesunder Mensch die zusätzliche Wärme problemlos durch die Blutzirkulation, über die Atmung oder Schwitzen wieder abgeben. Erst wenn das System der Wärmeregulierung durch die aufgenommene Strahlung gestört ist, sind Auswirkungen auf die Gesundheit möglich.
So orientieren sich die festgeschriebenen Grenzwerte auch an der thermischen Wirkung hochfrequenter Felder. In Deutschland ist für Wohnräume ein Grenzwert von 0,08 W/kg und für Betriebe von 0,4 W/kg festgelegt.
Wichtig für die Effekte hochfrequenter Felder auf den menschlichen Körper ist zudem, ob er sich im Resonanzbereich der Strahlung befindet. Das ist dann der Fall, wenn der Körper etwa so groß ist wie eine halbe Wellenlänge der Strahlung. Dann wirkt er sozusagen als Antenne und nimmt besonders viel Energie aus der Strahlung auf.
Statische elektrische und magnetische Felder
Als statische Felder werden Felder bezeichnet, deren Flussrichtung immer gleich ist, so genannte Gleichfelder. Im Gegensatz dazu gibt es Wechselfelder, die Ihre elektrische Flussrichtung oder ihre magnetische Polung in regelmäßigen und zum Teil sehr schnellen Abständen wechseln.
Statische Felder finden sich schon bei aufgeladenen Pullovern, oder Autositzen. Entladen sich diese Felder, merkt man dies daran, dass man einen kurzen ‚Schlag’ bekommt. Weitere Quellen sind zum Beispiel Gleichspannungsanlagen, Heizdecken, Magnetschwebebahnen, Lautsprecheranlagen, Straßenbahnen und Magnepflaster.
Ein statisches magnetisches Feld umgibt uns ständig – das der Erde. Das Erdmagnetfeld hat eine magnetische Flussdichte von etwa 40 Mykrotesla (µT). Der Mensch kann dieses Feld nicht spüren, da er im Gegensatz zu Zugvögeln und manchen Fischarten kein spezielles Sinnesorgan für dessen Wahrnehmung besitzt.
Statische Magnetfelder werden in der Medizin auch in der bildgebenden Diagnostik verwendet. Bei der Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) ist der Patient u.a. auch statischen Magnetfeldern ausgesetzt.
Bisher gibt es keine nachweisbaren Nebenwirkungen durch die Strahlung.