Grundlagen
"Elektromagnetische Felder" ... "Elektromagnetische Strahlung" ... "Elektrosmog" – diese Begriffe werden häufig verwendet, um Umwelteinwirkungen zu benennen, die mit Elektrizität oder Magnetismus zusammenhängen. Für ein Verständnis dieser Vorgänge müssen jedoch zunächst verschiedene Arten von Feldern unterschieden werden:- Statische elektrische oder magnetische Felder (diese verändern sich zeitlich nicht oder nur sehr langsam, wie z. B. das natürliche Erdmagnetfeld);
- Elektrische oder magnetische Wechselfelder (diese ändern ihre Stärke mit der Zeit, zumeist regelmäßig bzw. periodisch, wie z. B. bei der öffentlichen Stromversorgung);
- Elektromagnetische Felder bzw. Wellen (diese können sich von der Quelle lösen und über weite Strecken ausbreiten, wobei die elektrischen und die magnetischen Anteile nicht mehr getrennt betrachtet werden können; daher auch die Bezeichnung "elektromagnetisch").
Elektromagnetische Felder im Alltag – Aktuelle Informationen über Quellen, Einsatz und Wirkungen
Begriffe
Ein elektrisches Feld entsteht überall dort, wo auf Grund getrennter Ladungsträger eine Potenzialdifferenz, d. h. eine elektrische Spannung - mit der Einheit Volt [V] - vorhanden ist. Dies ist auch dann der Fall, wenn kein Strom fließt. Die Einheit der elektrischen Feldstärke ist Volt pro Meter [V/m]. Die Stärke des elektrischen Feldes nimmt mit steigender Spannung zu und mit zunehmendem Abstand von der Quelle ab. Das elektrische Feld wird stark durch seine Umgebung beeinflusst und lässt sich leicht abschirmen.
Ein magnetisches Feld entsteht überall dort, wo elektrische Ladungen bewegt werden, d. h. wo ein elektrischer Strom - mit der Einheit Ampere [A] - fließt. Zur Beschreibung der Stärke eines magnetischen Feldes verwendet man die magnetische Flussdichte, auch magnetische Induktion genannt, mit der Einheit Tesla [T], oder die magnetische Feldstärke mit der Einheit Ampere pro Meter [A/m]. Die Stärke des Magnetfeldes nimmt mit zunehmender Stromstärke zu und mit wachsendem Abstand von der Quelle ab. Das Magnetfeld hat im Gegensatz zum elektrischen Feld die Eigenschaft, dass es die meisten Materialien nahezu unvermindert durchdringt. Eine Abschirmung ist, wenn überhaupt, nur mit großem Aufwand und teuren Spezialwerkstoffen zu erreichen.
Zeitlich unveränderliche elektrische und magnetische Felder nennt man Gleichfelder oder statische Felder. Bei elektrischen Wechselfeldern ändert sich die Polarität des Feldes mit der Zeit, sie werden anhand ihrer zeitlichen Form (z. B. sinusförmig) und Frequenz beschrieben. Die Frequenz (Schwingungszahl) ist die Zahl der Schwingungen pro Sekunde und wird in Hertz [Hz] angegeben. Bei der öffentlichen Stromversorgung handelt es sich zum Beispiel um sinusförmige Wechselfelder mit einer Frequenz von 50 Hertz, d. h. die Polarität des elektrischen Feldes ändert sich 100 Mal pro Sekunde.
Die elektrischen und magnetischen Felder stehen in engem Zusammenhang: Elektrische Felder bewegen elektrische Ladungen, bewegte elektrische Ladungen erzeugen magnetische Felder und magnetische Wechselfelder erzeugen (induzieren) elektrische Felder. Diese wechselseitige enge Verknüpfung ist umso stärker, je schneller die Feldänderungen erfolgen, d. h. je höher die Frequenz ist. Bei hohen Frequenzen kann daher das elektrische und das magnetische Feld nicht mehr getrennt betrachtet werden. Man spricht nun von elektromagnetischen Feldern, Wellen oder Strahlen.
Ein Beispiel hierfür sind die Funkwellen. Elektromagnetische Felder können sich von der Quelle, zum Beispiel einer Antenne, lösen und im Raum über große Entfernungen ausbreiten. Diese Eigenschaft wird zur Übertragung von Informationen beim Rundfunk, Fernsehen oder Mobilfunk genutzt. Der physikalische Begriff der elektromagnetischen Felder umfasst einen weiten Frequenzbereich.
Frequenzspektrum ionisierender und nicht ionisierender Strahlen mit Beispielen (pdf; 143 kB)
Elektromagnetische Wellen transportieren Energie. Als Maß für die Stärke einer Welle verwendet man die Leistungsdichte mit der Einheit Watt pro Quadratmeter [W/m²].