Elektrische und magnetische Felder

Elektrische Felder - Was ist ein elektrisches Feld?

Wenn sich zwei entgegengesetzt gepolte, spannungsführende Leiter gegenüberliegen, dann bildet sich dazwischen ein elektrisches Feld. Elektrische Felder sind überall da vorhanden, wo sich elektrische Spannungen befinden. Zum Stromfluss kommt es dann, wenn die elektrische Feldstärke bzw. die Dichte der Feldlinien groß genug ist. Im Regelfall aber nur dann, wenn der Raum zwischen den Polen leitfähig wird. Ist die Feldstärke groß genug, dann kommt es zur Funkenentladung. So etwas passiert zum Beispiel bei einem Gewitter, wenn es blitzt. Diesen Effekt macht man sich zum Beispiel auch bei der Zündkerze im Auto zunutze.

Es gibt jedoch unterschiedliche elektrische Felder. Bei einer Gleichspannung kommt es zu einem statischen elektrischen Gleichfeld. Bei einer Wechselspannung kommt es zu einem dynamischen elektrischen Wechselfeld. Unterschieden wird zwischen nieder- und hochfrequenten Feldern. Die Wechselspannung aus der Steckdose ist ein niederfrequentes Wechselfeld (mit 50 Hz).
Die elektrische Feldstärke wird in Volt pro Meter (V/m) angegeben.

Grundsätzlich sind wir ständig elektrischen Feldern ausgesetzt. Elektrische Felder sind bemüht Ladungen zu bewegen, die sich in einem Stromfluss äußern. Der menschliche Körper ist als elektrischer Leiter zu verstehen, auch wenn er kein besonders guter Leiter ist. Unter dem Einfluss von elektrischen Feldern kann es im menschlichen Körper zu Ladungsverschiebungen kommen. Die machen sich aber nur bei sehr hohen Feldstärken bemerkbar. Man spürt dann ein leichtes Kribbeln. Solche hohen Feldstärken können wir aber nur in einem Umspannwerk ausgesetzt sein. In der freien Umgebung kommen sie nicht vor. Auch nicht künstlich erzeugt.
Die meisten Empfindungen, die wir auf elektrische Felder zurückführen, sind Einbildung. Viel eher sind es magnetische Felder, die aber nur dann entstehen, wenn es zum Stromfluss kommt. Deshalb gilt bei elektrischen Feldern, dass sie ohne Stromfluss vollkommen unschädlich sind. Von einer Steckdose oder elektrischen Leitung, über die kein Strom fließt, geht keine Gefahr aus.

Magnetische Felder - Was ist ein magnetisches Feld?

Der Stromfluss und der Elektromagnetismus sind untrennbar miteinander verbunden. Der Zusammenhang zwischen Strom und Magnetismus kommt im Begriff "elektromagnetisch" zum Ausdruck. Zum Beispiel bei der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV). Nur dort, wo ein Strom fließt, umgibt sich der Leiter mit einem Magnetfeld. Die Feldlinien sind kreisförmig um den Leiter angeordnet.
Es gibt jedoch unterschiedliche magnetische Felder. Bei Gleichstrom entsteht ein statisches magnetisches Gleichfeld. Bei Wechselstrom entsteht ein dynamisches magnetisches Wechselfeld. Bei den Wechselfeldern unterscheidet man zwischen nieder- und hochfrequenten Feldern. Geräte, die der niederfrequenten Wechselspannung angeschlossen sind, können hochfrequente Wechselfelder abgeben. Beispielsweise Elektromotoren und Leuchtstofflampen.
Die Feldstärke von magnetischen Feldern wird von der magnetischen Flussdichte in Tesla (T) angegeben. In der Praxis verwendet man die Einheiten µT und mT. International hat sich die Einheit Gauß (G) für die magnetische Flussdichte durchgesetzt. 1 G entspricht 10^-4 T. Damit sind 1 mT gleich 10 G. Oder 1 µT gleich 10 mG.

Der Personenschutz definiert einen Grenzwert von 1 mT für maximal 6 Stunden täglich als unschädlich. Durch Haushaltsgeräte mit großer Leistung (Staubsauger, Bohrmaschine, Fön) können Magnetfelder mit mehreren mT auftreten. In der Regel sind wir diesen Einflüssen nur kurze Zeit ausgesetzt. Eine Gefährdung ist entsprechend gering. Im Röhrenfernseher tritt eine magnetische Flussdichte von 0,2 bis 0,5 mT auf. Doch bereits in 50 cm Entfernung beträgt die magnetische Flussdichte nur noch ca. 1% davon. Vergleicht man diese Größen miteinander, so tritt durch Dauerfernsehen direkt vor dem Fernseher kein Schaden am Menschen auf.

Elektrosmog

An sich sind magnetische Felder nicht schädlich. Doch wenn man den elektromagnetischen Effekt umkehrt, dann kann das negative Auswirkungen auf den menschlichen Organismus haben. Wenn sich der magnetische Fluss um einen elektrischen Leiter ändert, dann wird eine Spannung induziert, die einen Stromfluss hervorrufen kann. Nervenbahnen wirken wie elektrische Leiter, die von äußeren Magnetfeldern beeinflusst werden können. So können Reize eingefangen werden, die den menschlichen Organismus aus dem Gleichgewicht bringen können. In der Praxis sind extreme Gewebe-Erwärmung oder Herzrhythmusstörungen bekannt.
Sucht man nach Gefährdungspotentialen, dann kommt man schnell auf Hochspannungsleitungen, die in der Luft, aber auch im Boden verlegt sind. Dort treten wegen der hohen Spannung auch sehr intensive elektrische Felder auf. Aufgrund der hohen Ströme, die auf diesen Leitungen fließen werden auch Magnetfelder mit einer großen Stärke erzeugt. Bei einem Abstand von 50 bis 100 Metern zu Hochspannungsleitungen treten magnetische Flussdichten von 0,2 bis 0,3 µT auf. Doch diese Werte werden bereits von anderer Seite deutlich übertroffen. Zum Beispiel bei Haushaltsgeräten.
Das Problem mit dem Elektrosmog ist die Unsachlichkeit, mit der diskutiert wird. Das verwundert kaum, da sich gerade auch bei Fachleuten äußerst kontroverse Ansichten finden. Grundsätzlich sollte man berücksichtigen, dass gesundheitliche Beeinträchtigungen meistens nicht nur einen Auslöser haben.

• Elektrosmog und Mobilfunk

Messen von elektrischen und magnetischen Feldern

Ein elektrisches Feld misst man mit einem Voltmeter. Ein magnetisches Feld misst man mit einem Teslameter. Meistens befinden sich die Messeinheiten beider Messwerke in einem Messgerät. So kann man elektrische und magnetische Felder mit einem Gerät messen.
Die Messgeräte sind normalerweise für einen bestimmten Frequenzbereich gebaut. Ein Messfehler kann mehrere Prozent betragen. Das kann an der Toleranz des Messgeräts liegen, aber auch an einem menschlichen Bedienungsfehler. Grundsätzlich sind alle Messergebnisse nur unter Vorbehalt zu betrachten, wenn man keine Messungen mit eindeutigen, reproduzierbaren Messbedingungen garantieren kann.

Voltmeter

Das Voltmeter ist eigentlich ein Spannungsmesser, der das elektrische Feld misst. Dazu wird eine Art Kondensator zum Messen des elektrischen Felds nachgestellt. Dazu enthält das Voltmeter eine großflächige Kupferschicht. Damit ein Kondensator entsteht, dessen Ladespannung man messen kann, wird über eine Erdklemme Masse an das Messgerät angelegt. Die Ladespannung des nachgestellten Kondensators kann man mit einem herkömmlichen Spannungsmesser messen und anzeigen lassen. Die Messung ist aber nicht ganz einfach. Damit man keinen Mist misst, muss man das Messgerät bzw. die Kupferschicht an die Stelle mit der größten Felddichte bringen. Auch das Erdungskabel muss an einer geeigneten Stelle angebracht werden. Grundsätzlich bietet sich ein Heizungsrohr an, ein geerdetes Metallteil oder zur Not tut es auch der Schutzleiter in der Steckdose.

Teslameter

Das Teslameter ist eine Spannungsmesser, der durch ein sich änderndes Magnetfeld erzeugte Induktionsspannung misst. Dazu enthält das Teslameter eine offene Ringspule, die auf magnetische Felder reagiert. Sobald die Spule von einem sich ändernden Magnetfeld durchdrungen wird, wird in ihr eine Spannung induziert. Diese Spannung wird gleichgerichtet und geglättet. Dann kann man sie mit einem herkömmlichen Spannungsmesser messen und anzeigen lassen. Die Messung ist aber nicht ganz einfach. Damit man keinen Mist misst, müssen die magnetischen Feldlinien senkrecht zur Spulenöffnung stehen. Nur dann misst man die tatsächliche Flussdichte. Mit einer Handantenne und etwas Geschick kann man die optimale Lage herausfinden.
Die gängigen Teslameter messen isotrop und ermitteln den RMS-Wert.