Elektromagnetische Felder - Kleinwächter GmbH

1 Elektromagnetische FelderFrequenzbereich 0 Hz - 300 GHzAutoren:Hauke Br ggemeyer, HannoverKarl-Friedrich Eichhorn, LeipzigSiegfried Eggert, BerlinHans-Joachim F rster, Eningen Heinrich, ErlangenNorbert Krause, K lnBarnabas Kunsch, WienInhaltsverzeichnis1. Einleitung .. Statisches Feld .. Elektrisches Feld .. Magnetische Felder .. Periodisch ver nderliche Hochfrequenz- und 93. Quellen und 104. Biologische Wirkungen .. Einf Niederfrequente Wirkungen .. Andere biologische Mutagene/Teratogene Felder und und andere Elektrosensibilit t .. Mittelbare Feldwirkungen .. Elektronische Hochfrequente Feldwirkungen.

2 Effekte .. Effekte .. Mittelbare Feldwirkungen .. 27 ssige und Internationale Regelungen in der Europ ischen Regelungen in der Bundesrepublik 426. Messungen .. verfahren .. ger Hinweise zur Vorbereitung und Durchf hrung von in den einzelnen H chstfrequenz- (Mikrowellen-) orte und Me protokoll .. und 497. Schutzma 508. Literatur .. 5310. Adressen .. 541. EinleitungMit dem weit verbreiteten und immer noch zunehmenden Einsatz von elek-trischen Anlagen hat sich die Elektromagnetische Umwelt des Menschen wesentlichver ndert. Neben den seit jeher vorhandenen nat rlichen Feldern hat die St rke dervom Menschen erzeugten Felder in der Umwelt, im Wohnbereich und an Arbeits-pl tzen innerhalb kurzer Zeit erheblich zugenommen.

3 In der ffentlichkeit ist dieMeinung verbreitet, da diese Felder f r den Organismus sch dlich sein k nnten. Da diese Felder im allgemeinen unseren Sinnen nicht direkt zug nglich sind, sonderngemessen bzw. berechnet werden m ssen, f rdert die Verunsicherung. Seit einiger Zeit wird in vielen Staaten intensiv wissenschaftlich untersucht, obund unter welchen Umst nden eine Gef hrdung durch die Wirkungen elektro-magnetischer Felder vorliegen kann. Die Zuordnung von Exposition und Wirkungsowie die zugeh rigen Wirkungsmechanismen sind f r akute Effekte berpr ft undauch elektrophysiologisch verstanden. Die Schwellen hierf r werden in der Regel beiim Alltag auftretenden Feldern nicht erreicht. F r die in der Umwelt und im Wohnbe-reich fast ausschlie lich vorkommenden niedrigen Feldst rken gibt es aber vor allemim Hinblick auf chronische Wirkungen sehr viele Widerspr chlichkeiten bei dendurchgef hrten Untersuchungen.

4 Dies f hrt zu Meinungsverschiedenheiten ber dieBewertung derartigen Befunde. Daraus folgt eine erhebliche Bandbreite von Vor-schl gen f r zul ssige Werte zum Schutz der Bev lkerung und f r den physikalische Begriff der elektromagnetischen Felder bzw. Wellen umfa tneben den nieder- und hochfrequenten Feldern zwischen den Frequenzen von 0 Hzbis 300 GHz auch das Licht und die R ntgen- bzw. Gammastrahlung (Bild ). DieserLeitfaden besch ftigt sich nur mit Feldern im Frequenzbereich von 0 Hz - 300 Frequenzbereich 0 Hz - 30 kHz umfa t die statischen und niederfrequenten Felder (NF). Der Bereich 30 kHz - 300 GHz wird oft als Hochfrequenz bezeichnet, es ist dasGebiet der Radio- und Mikrowellen. Die Abgrenzung der Bereiche ist international nichteinheitlich definiert (Tabelle ).

5 Tabelle 1: Frequenzbereiche:FrequenzbereichWellenl ngenbereichInternationale Bezeichnungvon bisvon bis0 Hz30 Hz ber 100 kmSub ELF30 Hz300 HzELF (Extremely Low Frequency)300 Hz3 kHzVF (Voice Frequency)3 kHz30 kHz100 km10 kmVLF (Very Low Frequency)30 kHz300 kHz10 km1 kmLF (Low Frequency)300 kHz3 MHz1000 m100 mMF (Medium Frequency)3 MHz30 MHz100 m10 mHF (High Frequency)30 MHz300 MHz10 m1 mVHF (Very High Frequency)300 MHz3 GHz1m0,1 mUHF (Ultra High Frequency)3 GHz30 GHz10 cm1 cmSHF (Super High Frequency)30 GHz300 GHz10 mm1 mmEHF (Extremely High Frequency)Der Bereich von 0 bis 30 kHz wird als NF (Niederfrequenz), 30 kHz bis 300 MHz wird vielfach als HF (Hochfrequenz), der Bereichvon 0,3 bis 300 GHz als MW (Mikrowelle) :Elektromagnetisches Spektrum mit f r die jeweiligen Frequenzbereiche typischen Quellen und GrundlagenDer Begriff Feld wird im physikalisch-technischen Sinn f r Raumgebieteverwendet, in denen sich eine physikalische Gr e als Funktion der Raum- undZeitkoordinaten darstellen l t.

6 Falls sich die Gr en nicht mit der Zeit ndern sprichtman von statischen Statisches Elektrisches FeldStatische elektrische Felder werden durch die Anwesenheit von elektrischenLadungen im Raum hervorgerufen. Bringt man in das elektrische Feld eine kleine ruhende Probeladung q ein, sowirkt auf diese Ladung die Coulomb-Kraft F. Die elektrische Feldst rke E am Ort derProbeladung ist dabei ein Ma f r die St rke der auf die Probeladung wirkenden Kraft:F = q # EDie Einheit der elektrischen Feldst rke E ist Volt pro Meter elektrische Feldst rke ist wie die Kraft ein Vektor, , sie besitzt einenBetrag und eine zeigt ein schematisches fl chenhaftes Feldlinienbild zwischen zweiKugelladungen. Die Dichte der Feldlinien ist dabei ein Ma f r den Betrag derFeldst rke, w hrend ihre Tangente die Richtung des Feldst rkevektors in jedem Punktangibt.

7 Vereinbarungs-gem ist dieser stets von derpositiven zur negativenLadung Feldbild zur Definition der elektrischen Feldst rke EWird die Probeladung von einem Punkt im Raum zu einem anderen bewegt, soist hierf r aufgrund der auf die Ladung wirkenden Kraft Arbeit notwendig, und diepotentielle Energie W = q # der Probeladung ndert sich entsprechend. Dieauftretende Potentialdifferenz wird auch als elektrische Spannung U Bewegungen senkrecht zur Kraftrichtung ist keine Arbeit notwendig, und es trittauch keine Ver nderung der potentiellen Energie auf. Diese Orte konstantenPotentials, auch quipotentiallinien oder im R umlichen quipotentialfl chen genannt,k nnen zus tzlich zu den Feldlinien in die Feldbilder eingetragen werden und stehenstets senkrecht auf denFeldlinien.

8 Bild zeigt Darstellung des elektrostatischen Feldes durch Feldlinien und quipotentiallinienElektrische Felder sind immer dann vorhanden, sobald zwischen zwei Punkteneine Potentialdifferenz, also eine elektrische Spannung besteht oder Ladungen imRaum vorhanden Magnetische FelderMagnetfelder lassen sich durch ihre Kraftwirkung auf bewegte elektrischeLadungen beschreiben. F = q # (v x B)Statische magnetische Felder werden durch die gleichf rmige Bewegung vonLadungstr gern, wie in einem von Gleichstrom durchflossenen Leiter, verursachtund lassen sich wie elektrische Felder durch Feldbilder veranschaulichen. Bild schematisch den Verlauf der magnetischen Feldlinien um einenstromdurchflossenen Gegensatz zu elektrischen Feldern, wo die Feldlinien an positiven Ladungenbeginnen und an negativen enden, sind magnetische Feldlinien in sich geschlossenund umschlie en gleichzeitig den sie erzeugenden Strom.

9 Die magnetische Feldst rkeH ist wiederum ein Ma f r Betrag und Richtung der Kraftwirkung und ist wie dieelektrische Feldst rke ein Vektor. Ihr Betrag ist umso gr er, je gr er die Summe derumschlossenen elektrischen Str me ist. Diese M glichkeit zur Feldverst rkung machtman sich in Magnetspulen mit vielen Windungen zunutze. Bild Magnetische Feldlinien um einen stromdurchflossenen LeiterDie Einheit der magnetischen Feldst rke H ist Ampere pro Meter A/m. Zur Beschreibung von Magnetfeldern im Niederfrequenzbereich wird auch diemagnetische Induktion oder magnetische Flu dichte B verwendet, die ber dieMaterialkenngr e Permeabilit t = # mit der magnetischen Feldst rke verkn pft0rist:B = # HDie Einheit der magnetischen Flu dichte ist Tesla: 1 T = 1 Vs/m.

10 Diese Einheithat die ltere aber noch immer h ufig anzutreffende Einheit Gau (G) abgel st, wobeigilt: 1 G = 0,1 mT = 100 T. In Luft und auch biologischen Gewebe ist 1, so da reine magnetische Feldst rke von 1 A/m einer magnetischen Flu dichte von 1,257 Felder sind, immer an die Bewegung von Ladungstr gern, alsoeinen Stromflu statischen Magnetfeldern nimmt ebenso wie bei entsprechenden statischenelektrischen Feldern die Feldst rke mit zunehmendem Abstand von der Quelle Periodisch ver nderliche FelderBild :Harmonische Schwingungen zum Beispiel der elektrischen Feldst rke mit Effektivwert E, Maximalwert undPeriodendauer T ndern sich Strom und Spannung zeitlich, so schlagen sich diese nderungenauch in den Feldern nieder, die durch sie verursacht elektrischen und magnetischen Feldst rken besitzen im Gegensatz zustatischen Feldern keinen konstanten Wert mehr, sondern ndern sich im Takt der sieverursachenden Spannungen und Str me.