Stand: Herbst 2008, Druck: Huttegger Salzburg

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1 Impressum: Univ.-Prof. Dr. Norbert Leitgeb Institut für Health Care Engineering Technische Universität Graz Kopernikusgasse 24 A-8010 Graz Österreich Tel.: Fax: Norbert Leitgeb Stand: Herbst 2008, Druck: Huttegger Salzburg

2 Leben basiert auf Elektrizität Schon Goethes Dr. Faust hat danach gesucht, was die Welt im Innersten zusammenhält. Heute wissen wir: Es sind vor allem elektrische und magnetische Kräfte. Sie halten nicht nur Atome und Materie zusammen, auch das Leben beruht auf elektrischen Vorgängen. Unsere Körperzellen sind wie kleine elektrische Batterien. Wir denken, atmen und arbeiten mit Hilfe elektrischer Nervenimpulse, auch Muskel erzeugen elektrische Signale. Unser Körper ist daher erfüllt von Elektrizität, von elektrischen und magnetischen Feldern. Ärzte können die bioelektrischen Körpersignale sogar an der Hautoberfläche messen und so Diagnosen erstellen, z. B. über das Herz (EKG), das Gehirn (EEG), die Muskeln (EMG) oder die Augen (EOG). Biologischer Störschutz Das Gewirr der elektrischen Signale in unserem Körper ist jedoch groß. In unserem Gehirn und im Rückenmark sind Nervenleitungen dicht gepackt. Elektrische Nervenimpulse würden sich daher gegenseitig stören, hätte die Natur nicht einen Trick parat. Er besteht im Allesoder-Nichts -Gesetz: Als Schutz vor Störungen reagieren nämlich unsere Körperzellen auf innere und äußere Einflüsse erst dann, wenn diese groß genug sind, um den körpereigenen Schutzwall - die Reizschwelle - zu überschreiten. Alles, was kleiner ist, wird hingegen ignoriert. Mit diesem Trick schützt sich der Körper aber nicht nur vor den eigenen Störsignalen, sondern auch vor äußeren elektrischen und magnetischen Feldern: Auch sie bleiben wirkungslos, wenn sie die Reizschwelle nicht überschreiten Unser Körper ist erfüllt von Elektrizität. Zur Stimulation muss die Allesoder-Nichts -Schutzschwelle überschritten werden.

3 Was sind elektrische Felder? Elektrische Felder werden von elektrischen Ladungen erzeugt. Es gibt davon zwei Arten, positive und negative. Ihre Beziehung zu einander wird durch das Gesetz von Liebe und Hass dominiert: Ungleiche Ladungen wollen sich vereinen, gleiche stoßen einander ab. Diese Leidenschaften beschreibt das elektrische Kraftfeld: Die Stärke von Anziehung und Abstoßung wird dabei als elektrische Feldstärke angegeben. Wir erfahren sie täglich. So erhalten z. B. unsere Haare beim Frisieren durch Reibung des Kammes gleichartige elektrische Ladungen. Deren gegenseitige Abstoßung bewirkt dann, dass sich die Haare aufrichten. Auch an den beiden Kontakten von Steckdosen befinden sich (mit der Frequenz 50Hz, also 50mal pro Sekunde hin- und her schwingende) Ladungen. Sie wurden im Kraftwerk mühsam getrennt und müssen seither durch die elektrische Isolation daran gehindert werden, sich wieder zu vereinen. Elektrische (Wechsel-)Felder sind daher immer vorhanden, auch wenn kein Strom verbraucht wird. Was sind magnetische Felder? Wenn sich elektrische Ladungen bewegen (wenn also elektrischer Strom fließt), bekommen sie plötzlich wie durch Zauberhand eine völlig neue Eigenschaft: Es entsteht um sie ein weiteres Kraftfeld - das Magnetfeld. Werden elektrische Felder durch Liebe und Hass bestimmt, so sind Magnetfelder durch die Eifersucht charakterisiert: Sie versuchen nämlich, vereinte Ladungen wieder auseinander zu zwängen. Dadurch können sie im Körper elektrische Ströme erzeugen. Da Magnetfelder vom Strom Elektrische Felder werden von der Spannung erzeugt. Magnetfelder werden vom elektrischen Strom erzeugt. verursacht werden, verschwinden sie sofort, wenn der Strom abgeschaltet wird. Weil sie ständig mit dem Stromverbrauch schwanken, sind sie wie dieser meist in der Nacht am kleinsten

4 Grenzwerte Die physikalische Natur und biologische Wirkungsweise elektrischer und magnetischer Wechselfelder sind gut bekannt. Beide Felder sind viel zu energiearm, um Moleküle (z. B. Gene) direkt schädigen zu können. Sie haben aber noch etwas gemeinsam: Beide können im Körper elektrische Ströme erzeugen. Deren Wirkungen kennt man heute sehr genau: Ströme werden nämlich in der Medizin schon seit über 100 Jahren erfolgreich zur Reizstromtherapie angewendet. Sie können Nerven stimulieren und Muskeln anspannen - aber nur, lgb lge Grenzwert Zulässige Werte für elektrische (E) und magnetische Wechselfelder (B) liegen weit unter der Reizschwelle. wenn sie genügend stark sind und die Reizschwelle überschreiten. Da die Zellen einem Wechselfeld zu hoher Frequenz nicht mehr folgen können, kann z. B. Mobilfunk (mit zig Millionenfach höherer Frequenz) Magnetfeldwirkungen nicht verstärken. Österreich hat Grenzwerte für elektrische und magnetische Felder. Sie wurden in der Norm ÖVE/ÖNORM E8850 festgelegt und 2006 den Empfehlungen der Weltgesundheitsorganisation (WHO) angepasst. Sie sind so niedrig, dass sie Stimulationswirkungen ausschließen. Damit dies sicher ist, wird ein 50-facher Sicherheitsabstand von der Allesoder-Nichts -Schutzschwelle eingehalten. Geschäfte mit der Angst Im Alltag liegen elektrische und magnetische Felder weit unter den Grenzwerten. Dennoch werden Produkte gegen Elektrosmog angeboten - von Pillen, Hautcremes, k S Amuletten, Aufklebern, Py- 6 ramiden, Abschirmmatten bis hin zu 5 dubiosen Entstörgeräten. Damit 4 werden mit der Angst Geschäfte 3 gemacht. Abschirmmatten können 2 jedoch Magnetfelder gar nicht schirmen 1 und elektrische Felder sogar 0 x stark erhöhen. Vom Kauf solcher Abschirmmatten schirmen Produkte ist dringend abzuraten. nicht, sie erhöhen E- Felder B E Stimulation Reizschwelle

5 Elektrische Felder im Alltag Haushalt In der Wohnung entstehen elektrische 50Hz-Wechselfelder durch Elektroinstallation, Elektroheizung und elektrische Geräte. Der Mittelwert im Raum ist meist gering. Er liegt etwa 500-fach unter dem zulässigen Ganzkörper- Wert (5kV/m). Elektrogeräte können jedoch auch hohe elektrische Felder erzeugen, die diesen Wert sogar bis zu 11-fach überschreiten. Dies ist nur deshalb zulässig, weil sie den Körper nicht vollständig erfassen. Ein Baum schirmt elektrische Felder bis weit außerhalb der Baumkrone ab Elektrische Felder in einer Küche. Der Körper ist durch seine Leitfähigkeit vor ihnen geschützt, die Mauern schirmen. Hochspannungsfreileitungen und -kabel Die elektrische Spannung einer Hochspannungsfreileitung verursacht ein elektrisches Feld. Es ist unter den Leiterseilen in der Mitte zwischen den Masten am höchsten. Direkt unter 380 kv- Freileitungen kann es dem Grenzwert nahe kommen, nimmt aber mit dem seitlichen Abstand rasch ab. Hochspannungskabel erzeugen keine elektrischen Felder: Sie werden nämlich von einem Metallschirm umhüllt, der sie vollständig abschirmt. 50m Elektrische Felder haben eine wichtige Eigenschaft: Sie lassen sich leicht und gut abschirmen. Bereits ein kahler Baum reicht, um im weiten Umkreis elektrische Felder zu verringern ( Blitzableiter-Effekt ). Sehr gut schirmen auch Mauerwerk und Hausdächer. Äußere elektrische Felder (z. B. von Freileitungen) können daher fast nicht in Wohnungen 10m kV/m m 100V/m 50V/m 20V/m 10V/m 5V/m E 1V/m Elektrische Felder sind in der Mitte zwischen Masten am höchsten. eindringen. Sie sind deshalb dort kleiner als die Felder der Elektroinstallation.

6 Magnetische Felder im Alltag Haushalt Magnetfelder entstehen nur dann, wenn Strom verbraucht wird. Sie schwanken daher ständig. In Wohnungen ist der Mittelwert meist klein. Er liegt bei etwa einem Tausendstel des Ganzkörper- Grenzwertes (100 µt). In der Nähe von Elektrogeräten können Magnetfelder jedoch lokal sehr hoch werden und den Ganzkörper- Grenzwert bis zu 80-fach überschreiten. Dies ist nur Magnetfelder in einer Küche mit Fußbodenheizung. Körper und Mauern schirmen nicht. deshalb zulässig, weil sie den Körper nicht vollständig erfassen. (Die stärksten Magnetfelder erzeugen Geräte mit Elektromotoren, z. B. Küchengeräte und Elektrowerkzeuge). Mauern können Magnetfelder nicht abschirmen. Hauseigene Felder reichen daher auch bis in die Nachbarräume und äußere Felder in Wohnungen hinein. B 1µT 10µT 0,3µT 1µT 3µT 10µT Ganzkörper-Grenzwert Hintergrundpegel d 1cm Elektrogeräte erzeugen wesentlich stärkere, aber nicht so weit reichende Magnetfelder (B) wie Hochspannungsfreileitungen (doppeltlogarithmische Darstellung: Von Kästchen zu Kästchen erhöht sich der Wert um das 10fache; Symbole geben die Größenverhältnisse an)

7 Hochspannungsfreileitungen und -kabel So wie im Elektroherd verursacht Strom auch in Leitungen (Verlust-)Wärme. Wenn der Strom zu hoch wird, würden die heißen Leiterseile zu weich und nachgiebig werden. Er darf daher einen konstruktiven Grenzwert (thermischer Grenzstrom) nicht überschreiten. Um die Stromversorgung auch in Störfällen zu sichern und vorübergehende Verbrauchsspitzen zulassen zu können, muss der maximale mittlere Betriebsstrom noch kleiner sein. Er wird daher im Normalbetrieb um 40 % unter dem konstruktiven Grenzwert gehalten. Bei Hochspannungsfreileitungen sind die Leiterseile viele Meter weit vom Boden entfernt. Daher erreicht das Magnetfeld auch an der ungünstigsten Stelle des größten Durchhanges und selbst bei maximal zulässiger Stromstärke nur etwa 35 % des zulässigen Ganzkörper-Grenzwertes. In Mastnähe sind die Leitungen vom Boden noch weiter entfernt und die Magnetfelder daher kleiner. Mit zunehmender seitlicher Entfernung nimmt das Magnetfeld rasch ab. Bereits ab etwa 70 m Abstand ist es unter 1 % des Grenzwertes (unter 1 µt) abgesunken. Bei Hochspannungskabeln liegen die Leiter viel näher am Erdboden. Magnetfelder von leistungsgleichen Kabeln sind daher direkt über ihnen wesentlich größer, werden jedoch in seitlicher Entfernung rasch deutlich kleiner als bei Freileitungen. Schon nach etwa 20 m sind sie unter 1 µt abgesunken (siehe Bild). B 60 µt 50 Kabel im Durchhang d 1µT am Mast 100m m 0 Magnetfelder leistungsgleicher 380kV-Hochspannungskabel (in 1m Bodenabstand) sind zunächst größer, in seitlicher Entfernung rasch kleiner als bei Hochspannungsfreileitungen (der obere Bänderrand entspricht dem konstruktiven Strom-Grenzwert, der untere dem mittleren Betriebsstrom) µT d

8 Univ.-Prof. N. N. Leitgeb: Elektrische und magnetische Felder im im Alltag Mythen Mythos 1: Der Mensch hat sich den natürlichen elektrischen und magnetischen (Gleich-)Feldern angepasst, die technischen Wechselfelder gibt es aber erst kurz, daher sind sie schädlich. Falsch! Anpassung erfolgt nur, wenn sie (der Gattung, nicht dem Einzelnen) einen Überlebensvorteil bringt. Diesen haben z.b. Zugvögel, wenn sie auch das Erdmagnetfeld zur Orientierung nutzen können. Für Menschen ergeben sich aus der Anpassung an die Felder keine Überlebensvorteile. Mythos 2: Unser Körper ist vor technischem Elektrosmog nicht geschützt, daher ist dieser grundsätzlich schädlich. Falsch! Der Schutz des Körpers vor seinen eigenen bioelektrischen Störfeldern (z. B. EKG) schützt uns auch vor äußeren elektrischen und magnetischen Wechselfeldern. Mythos 3: Die starken Felder von Elektrogeräten sind unbedenklich, wir sind ihnen ja nur kurz ausgesetzt. Kritisch ist die dauernde Einwirkung, auch wenn sie schwach ist. Falsch! Kurzzeitige starke Einwirkungen (z. B. über der Reizschwelle) sind grundsätzlich wirksamer als schwache Langzeit- Einwirkungen (z. B. unterhalb der Reizschwelle). Mythos 4: Wenn Elektrosmog schon elektrische Geräte stören kann, muss er für unsere Gesundheit erst recht bedenklich sein. Falsch! Störempfindliche Elektrogeräte enthalten Verstärker und sind daher auch für kleine Störsignale empfindlich. Wir haben solche Verstärker nicht und sind überdies durch das Allesoder-Nichts -Gesetz der Zellerregung geschützt. Mythos 5: Auch wenn Elektrogeräte ausgeschaltet sind, bleibt der Elektrosmog. Falsch! Magnetfelder verschwinden beim Ausschalten sofort, elektrische Felder ebenfalls, wenn allpolig ausgeschaltet wird. Mythos 6: Die Mobilfunkstrahlung verstärkt die Wirkung der Magnetfelder. Falsch! Mobilfunkstrahlung und Magnetfelder können einander gegenseitig nicht beeinflussen. Sie wirken nämlich auf völlig verschiedene Weise: Mobilfunkstrahlung durch Erwärmung, Magnetfelder durch Zellerregung. TU of - 8 -