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Seit Werner von Siemens in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts das Prinzip des Elektrodynamos entwickelte, ist die Elektrizität in alle Lebensbereiche des Menschen vorgedrungen. In Industrie, Verkehr, Forschung und Medizin und natürlich in jedem Haushalt finden wir elektrisch betriebene Maschinen und Geräte.
Die meisten dieser Geräte nutzen Wechselstrom mit einer Spannung von 230
oder 400 Volt (V) und einer Frequenz von 50 Hertz (Hz). Im Stromnetz
der Bundesbahn beträgt die Frequenz 16,7 Hz. Die Leitungen, durch die der Strom
fließt, sind dabei stets von elektrischen und magnetischen Feldern umgeben. Da
sich die genannten Frequenzen im unteren Bereich des elektromagnetischen
Spektrums befinden, werden diese Felder als "niederfrequent" bezeichnet.
Viele Menschen beunruhigt die Tatsache, dass sie elektrische und magnetische
Felder nicht sehen oder spüren können, und ihre Wirkung auf die Gesundheit
nicht abschätzen können. Verschiedentlich tragen auch Berichte in den Medien zu
einer Verunsicherung bei. Tatsache ist: Niederfrequente elektrische und
magnetische Felder sind physikalischer Natur und daher bezüglich ihrer Wirkung
nicht mit den chemischen Umwelteinwirkungen zum Beispiel im "Smog" zu
vergleichen, der häufig verwendete Begriff „Elektrosmog“ ist also irreführend.
Die Werte der elektrischen und magnetischen Feldstärke von Radioweckern,
Fernsehern und von Haushaltsgeräten sind so gering, dass bisher keine
Beeinträchtigungen der Gesundheit nachgewiesen werden konnten. In diesem
Zusammenhang werden häufig Mobilfunksendeanlagen, Handys, Hochspannungsleitungen oder Haushaltsgeräte in einem Atemzug genannt. Dies ist aus fachlicher Sicht nicht korrekt, da beim Mobilfunk hochfrequente elektromagnetische Felder genutzt werden. Hochspannungsleitungen und Haushaltsgeräte sind dagegen von niederfrequenten elektrischen und magnetischen Feldern umgeben. Hoch- und niederfrequente Felder haben unterschiedliche physikalische Eigenschaften. Ihre biologischen Wirkungen müssen deshalb getrennt voneinander betrachtet werden.
Das elektrische Feld
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Elektrisches Feld
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Elektrische Ladungen üben Kräfte aufeinander aus. Gleichnamige Ladungen
stoßen sich ab, ungleichnamige Ladungen - also positive und negative -
ziehen sich dagegen an. Zwischen unterschiedlich geladenen Körpern baut
sich ein elektrisches Feld auf, dessen Stärke in der Maßeinheit Volt
pro Meter (V/m) angegeben wird. Die Feldstärke hängt von der Ladung der
Körper (Potentialunterschied) und vom Abstand der Körper zueinander ab.
Bleiben die Feldkräfte zeitlich konstant, so spricht man von
einem "statischen elektrischen Feld". Im Alltag haben wir es jedoch
meistens mit zeitlich veränderlichen Feldern zu tun. Die Frequenz
charakterisiert diese veränderlichen Felder, ihre Maßeinheit Hertz gibt die Zahl der Schwingungen pro Sekunde an. Bei dem im Haushalt genutzten Wechselstrom beträgt die Frequenz 50 Hz. Dies bedeutet, dass pro Sekunde 50 Schwingungen stattfinden, wobei das elektrische Feld 100-mal seine Richtung ändert.
Wirken elektrische Feldkräfte auf einen Körper ein, so verschieben sich unter ihrem Einfluss elektrische Ladungen an der Oberfläche dieses Körpers. Diesen Vorgang nennt man "Influenz". Dabei wird die Oberfläche aufgeladen, das Innere des Körpers wird dagegen praktisch feldfrei. Elektrische Felder kann man daher mit elektrisch leitenden Materialien (vor allem Metalle) sehr gut abschirmen. Auf diesem Prinzip beruht auch der "Faradaysche Käfig".
Das magnetische Feld
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Historischer Kompass
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Ursache von Magnetfeldern sind bewegte elektrische Ladungen oder permanente Magnete. Zeitlich konstante Magnetfelder, wie zum Beispiel näherungsweise das Magnetfeld der Erde, werden als statisch bezeichnet. In unseren Breiten beträgt das statische Magnetfeld der Erde etwa 40 Mikrotesla (µT). Es ist ortsabhängig: Der Feldstärkeunterschied zwischen den Polen und dem Äquator beträgt circa 20 µT. In Zeiträumen von einigen tausend Jahren ist das Magnetfeld der
Erde auch erheblichen zeitlichen Veränderungen unterworfen. Einige Zugvögel und
Fische nutzen es zu ihrer Orientierung; sie haben spezialisierte Sinneszellen
dafür. Der Mensch kann dieses Feld mit seinen Sinnen jedoch nicht wahrnehmen,
er kann es aber technisch nachweisen. Bereits seit etwa 1000 Jahren werden dazu
magnetische Materialien genutzt - meist Metalle -, die sich als Kompassnadel
oder Pfeilzeiger in Richtung der magnetischen Pole der Erde ausrichten. Die Magnetfelder in der Umgebung elektrischer Leitungen im Haushalt sind im Gegensatz zum Erdmagnetfeld zeitlich veränderlich.
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Magnetfeld um einen elektrischen Leiter
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Wenn elektrische Ladungen durch die Leitungen bewegt werden, das heißt,
wenn Strom fließt, entsteht um den Leiter herum ein Magnetfeld. Ändert
der Strom fortlaufend seine Richtung wie beim 50-Hz-Wechselstrom, so
wird auch das Magnetfeld im gleichen Rhythmus verändert - wir haben es
mit einem magnetischen Wechselfeld der gleichen Frequenz zu tun. Je größer die Stromstärke wird, desto höher ist die magnetische Feldstärke. Diese wird in Ampere pro Meter (A/m) gemessen. Oft wird statt dieser Größe die so genannte "magnetische Flussdichte" in der Einheit Tesla (T) angegeben. Beide Größen lassen sich leicht ineinander umrechnen. In Luft oder in biologischem Gewebe entsprechen 80 A/m rund 100 Mikrotesla (µT), das sind 0,0001 T.
Magnetische Wechselfelder induzieren Ströme in leitfähigen Körpern, also zum Beispiel auch im menschlichen Körper. Die Stärke dieser induzierten Ströme hängen von der Feldstärke, der Feldorientierung, sowie der Form und Größe des Körpers ab.
Magnetfelder sind im Gegensatz zu elektrischen Feldern nicht leicht abzuschirmen. Sie sind in der Lage, Hauswände zu durchdringen, ebenso organische Gewebe sowie den menschlichen Körper. Nur spezielle metallische Abschirmungen können bei Magnetfeldern eine nennenswerte Wirkung entfalten.
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