Was sind elektromagnetische Felder?

Elektromagnetisches Spektrum

Elektromagnetische Felder sind ein Teil des elektromagnetischen Spektrums. Dieses erstreckt sich über den gesamten Bereich von den statischen elektrischen und magnetischen Feldern über die optische Strahlung bis zur sehr energiereichen Gammastrahlung (siehe Abbildung). Den Teil des Spektrums zwischen den statischen elektrischen und magnetischen Feldern und der Infrarot-Strahlung bezeichnet man üblicherweise mit dem Oberbegriff "elektromagnetische Felder".

Wann spricht man von Feldern, wann von Wellen oder Strahlung?

Statt des Begriffes "elektromagnetische Felder" werden auch die Begriffe "elektromagnetische Wellen" oder "elektromagnetische Strahlung" verwendet. Die verschiedenen Begriffe beschreiben unterschiedliche physikalische Eigenschaften:

• "Feld" beschreibt die räumliche Verteilung einer Kraftwirkung, die auf elektrische Ladungen und Ströme ausgeübt werden kann
• "Welle" beschreibt die Ausbreitung eines zeitlich veränderlichen Feldes im Raum.
• "Strahlung" beschreibt den Energietransport.

Wie werden die elektromagnetischen Felder eingeteilt?

Die elektromagnetischen Felder werden wie das gesamte elektromagnetische Spektrum anhand der physikalischen Eigenschaften in unterschiedliche Bereiche eingeteilt. Dies geschieht entweder

• anhand der Frequenz oder
• anhand der Wellenlänge.

Die Frequenz hat die Maßeinheit Hertz (Hz; 1 Hz = 1 Schwingung pro Sekunde). Die Wellenlänge wird in Meter (m) angegeben. Frequenz und Wellenlänge sind über die Ausbreitungsgeschwindigkeit fest miteinander verbunden. Bei hohen Frequenzen sind die Wellenlängen klein, während niedrige Frequenzen mit großen Wellenlängen einhergehen.

Oberhalb von 300 Gigahertz verwendet man üblicherweise den Begriff "Strahlung". Der Begriff "Feld" ist für diesen Bereich des Spektrums nicht mehr gebräuchlich.

Warum unterscheidet man zwischen statischen und niederfrequenten elektrischen und magnetischen Feldern und hochfrequenten elektromagnetischen Feldern?

Bei den statischen und niederfrequenten Feldern betrachtet man die elektrische und die magnetische Komponente getrennt voneinander. Bei den hochfrequenten Feldern sind die beiden Komponenten eng miteinander gekoppelt, so dass man hier von elektromagnetischen Feldern spricht. Da die unterschiedlichen Bereiche der elektromagnetischen Felder unterschiedliche physikalische Eigenschaften haben, ist auch ihre Wirkung auf biologische Organismen verschieden.

Wo findet man statische, niederfrequente und hochfrequente Felder?

• Ein statisches Magnetfeld natürlichen Ursprungs ist das Erdmagnetfeld.
• In der Atmosphäre zwischen Erde und Ionosphäre besteht ein permanentes elektrisches Feld: das Schönwetterfeld.
• Künstliche niederfrequente elektrische Felder bestehen an allen elektrischen Leitungen und Elektrogeräten, an denen eine Spannung anliegt.
• Niederfrequente magnetische Felder treten an allen elektrischen Geräten und Leitungen auf, in denen Wechselstrom fließt.
• Hochfrequente elektromagnetische Felder werden zum Beispiel beim Mobilfunk, für WLAN oder bei schnurlosen Telefonen verwendet.

Wie wirken elektromagnetische Felder?

Aufgrund ihrer unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften üben die verschiedenen Bereiche des elektromagnetischen Spektrums unterschiedliche Wirkungen auf biologische Organismen aus. Besonders bedeutsam ist dabei die Energie der einzelnen Photonen. Sie nimmt mit zunehmender Frequenz kontinuierlich zu.

Elektromagnetische Felder gehören zur "nichtionisierenden Strahlung". Die Photonen der nichtionisierenden Strahlung besitzen im Gegensatz zur ionisierenden Strahlung nicht genügend Energie, um Atome und Moleküle zu ionisieren, das heißt aus der Hülle Elektronen "herauszuschlagen" und damit positiv geladene Teilchen (Ionen) zu erzeugen. Dies bedeutet unter anderem, dass im Gegensatz zum Beispiel zur Röntgenstrahlung ihre Energie zu gering ist, um das Erbmaterial direkt zu schädigen und damit unmittelbar an der Entstehung von Krebs beteiligt zu sein.

Elektromagnetische Felder können aber auf anderem Wege gesundheitliche Schäden auslösen:

• Niederfrequente elektrische und magnetische Felder können elektrische Felder und Ströme im Körper erzeugen.
• Durch hochfrequente elektromagnetische Felder kann biologisches Gewebe erwärmt werden.

Aufgabe des Strahlenschutzes ist es, dafür zu sorgen, dass die Stärke der Felder so gering ist, dass keine Gesundheitsschäden auftreten.