Informationsblatt des Arbeitskreises Schule Energie Ausgabe 2 September 2004

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1 Inhalt: Vorwort Informationen Weltjahr der Physik 2005 Niederfrequente elektromagnetischer Felder Vorwort Die Geschäftsführung des Arbeitkreises Schule Energie möchte Sie alle im neuen Schuljahr recht herzlich begrüßen. Wir hoffen, Sie hatten angenehme und erholsame Ferien. In dieser Aussendung möchten wir nochmals unsere Wettbewerbe und sonstigen Angebote in Erinnerung rufen. Außerdem wollen wir Ihnen eine kurze Information zum Thema niederfrequente elektromagnetische Felder anbieten. Diesem Thema wird sich auch eine Arbeitstagung beider PIs im Sommersemester 2005 widmen. Wir wünschen Ihnen einen angenehmen Start in das neue Schuljahr. Die Geschäftsführung des Arbeitskreises Schule Energie Prof. Mag. Gerold Haider Christian Moosmann Informationen Ausschreibung der beiden Wettbewerbe (Schubkraft; Physik im Schaufenster), wir hoffen auf eine zahlreiche Teilnahme bei diesen Bewerben. Sicherer Umgang mit Elektrizität, die bekannten Unterlagen für Volksschulen und Unterstufen können direkt beim ASE angefordert werden. Nützen Sie den Verleih von Versuchsgeräten (siehe Broschüre der letzten Aussendung bzw. Homepage des ASE) Homepage des ASE für alle Informationen: Weltjahr der Physik 2005 Die Vereinten Nationen stellten das Jahr 2005 am unter das Motto Internationales Jahr der Physik. Physik soll einem großen Publikum präsentiert werden. Das ist die Idee des Weltjahres der Physik. Physik soll in das Bewusstsein der Menschen gebracht werden, um sie für die Physik zu begeistern. Seit der Antike haben physikalische Erkenntnisse und darauf basierende Technik die Welt bewegt. Auch im 3.Jahrtausend unserer Zeitrechnung wird erwartet, dass 1

2 die Physik gemeinsam mit anderen wissenschaftlichen Disziplinen wesentliche Beiträge dazu leisten kann, die sich abzeichnenden globalen Probleme besser einschätzen zu lernen und die großen Aufgaben der nahen Zukunft anzugehen: für eine ausreichende und effiziente Energieerzeugung zu sorgen, den Umwelt- und Klimaschutz und die Ernährungssituation zu verbessern, zur Anhebung der Gesundheit beizutragen durch weitere Leistungen in der medizinischen Diagnostik und Therapie. Im Jahr 1905 verfasste Albert Einstein seine berühmt gewordenen Schriften. Der bevorstehende Geburtstag wird weltweit als großes Ereignis gewürdigt werden. Das wird zum starken, und wie der ASE hofft, auch in unserer Region zum mitreißenden Impuls, kreativ zu werden und zu zeigen, womit Physik die Welt bewegte und womit sie sie bewegt. Die Österreichische Physikalische Gesellschaft (ÖPG) beteiligt sich mit vielen Projekten an diesem Weltjahr und ruft alle Schulen auf, sich ebenfalls mit diesen Themen verstärkt auseinander zu setzen. Nähere Informationen finden Sie auf der Homepage zum Weltjahr der Physik: Der ASE wird im Rahmen dieses Weltjahres der Physik den Wettbewerb Physik im Schaufenster ausschreiben (siehe Informationen). Wir hoffen auf verstärkte Aktivitäten der Schulen, die wir in unserem Rahmen auch gerne begleiten und unterstützen. Niederfrequente elektromagnetischer Felder Seit mehr als 40 Jahren stellt sich die Frage, ob elektromagnetische Felder der menschlichen Gesundheit sicher nicht schaden. Begonnen hat es in den 60er Jahren, als Mitarbeiter eines russischen Elektrizitätsunternehmens einen Zusammenhang zwischen unspezifischen Symptomen (Stresssymptomen) und elektrischen Feldern sahen. In den 70er Jahren stellte die amerikanische Epidemiologin Nancy Wertheimer einen statistischen Zusammenhang zwischen kindlicher Leukämie und der Nähe zu Leitungen der elektrischen Energieversorgung her. In den 80er Jahren stufen Baubiologen elektromagnetische Felder in die Reihe der Wohngifte ein. Seit den 90er Jahren gibt es Bürgerinitiativen (auf Grund der Errichtung der Mobilfunknetze), die den Beweis der Unschädlichkeit der Felder fordern. Seither gibt es zig-tausend Untersuchungen mit zum Teil sehr unterschiedlichen Ergebnissen. 2

3 Grundlagen Was sind überhaupt elektromagnetische Felder bzw. elektromagnetische Wellen. Dazu muss man einmal zwischen elektrischen und magnetischen Feldern unterscheiden. Elektrische Felder werden durch Ladungen hervorgerufen, d.h. jede Spannung führende Leitung erzeugt ein elektrisches Feld. Die Feldstärke ist definiert als: E = (E elektrische r r F Q Feldstärke; F Kraft; Q Ladung), die Einheit der elektrischen Feldstärke wird in V/m (Volt pro Meter) angegeben. Im Alltag auftretende Feldstärken liegen etwa bei 10 bis 1000 V/m. Das magnetische Feld entsteht erst, wenn sich Ladungen bewegen, d.h. wenn Strom fließt. Die magnetische Flussdichte wird in Tesla (T), benannt nach Nikola Tesla, angegeben. Im Alltag auftretende Flussdichten liegen bei sehr kleinen Werten von ca T (nt Nanotesla) bis ca T (mt Millitesla). Das Erdmagnetfeld hat eine Stärke von ca. 40µT (Mikrotesla T) Werden nun elektrische Ladungen zu Schwingungen angeregt, so entstehen elektromagnetische Wellen. Ab einer Frequenz von 30 khz ( Schwingungen pro Sekunde) werden das elektrische und das magnetische Feld gemeinsam als elektromagnetische Welle betrachtet. Frequenzen ab ca. 30 khz bis ca. 2 GHz spielen bei Sendeanlagen (vom Rundfunk bis zum Mobilfunk) eine große Rolle, dies soll jedoch in diesem Artikel nicht behandelt werden. Auch Licht zählt zu den elektromagnetischen Wellen. Licht hat eine sehr hohe Frequenz von ca Hz. Die elektrischen und magnetischen Felder in der Energieversorgung haben eine Frequenz von 50 Hz, dazu kommt die Stromversorgung der ÖBB mit einer Frequenz von 16,67 Hz. Grenzwerte Die WHO (Weltgesundheits-Organisation) hat im Zusammenhang mit der International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) Richtlinien für die Begrenzung der Exposition durch zeitliche veränderliche elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder (bis 300 GHz) ausgearbeitet. Die Referenzwerte für die Exposition der Bevölkerung (keine berufliche Exposition) bei 50 Hz betragen für das elektrische Feld 5 kv/m und für das magnetische Feld 100 µt. Die Empfehlung des Europäischen Rates L199/59 vom 12. Juli 1999 bezieht sich ebenfalls auf die Empfehlungen der ICNIRP. Akute, unmittelbar feststellbare Wirkungen sind sowohl im Bereich der Wechselfelder als auch der elektromagnetischen Wellen gut erforscht. Die Größenordnungen der Felder, denen wir im täglichen Leben ausgesetzt sind, liegen weit unter den Elekt risches Feld in der Umgebung einer St eckdose von ICNIRP empfohlenen Grenzwerten. 160 Der Mensch ist im täglichen Leben... von vielen elektrischen Geräten umgeben. Alle Geräte, ja alle e- lektrischen Leitungen erzeugen, sobald sie an das Stromnetz angeschlossen sind ein elektrisches Feld. Sind die Geräte in Betrieb, ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 Entf er nung (m) 3

4 erzeugen sie zusätzlich Magnetfelder, denen wir laufend ausgesetzt sind. Als Beispiel sei hier das elektrische Feld einer Steckdose (230V) aufgezeichnet (siehe S. 3). An diese Steckdose ist kein Gerät angeschlossen, es liegt jedoch Spannung an der Steckdose. Der WHO Grenzwert liegt weit über dem Feld der Steckdose. Betrachten wir nun das Magnetfeld eines Radioweckers im Schlafzimmer. Dieser Radiowecker ist immer in Betreib, d.h. es fließt immer ein Strom. Dadurch entsteht laufend ein magnetisches Feld, das direkt beim Radiowecker ca. 1,5µT beträgt. Auch hier sind wir deutlich unter dem WHO-Grenzwert. Beide Beispiele sollen exemplarisch zeigen, dass jedes Elektrogerät Felder hervorruft. Die Feldverteilung hängt sehr stark von der Bauform des elektrischen Gerätes, von der Führung der Kabel, etc. ab. Auch die Umgebung beeinflusst die Feldgeometrie stark. Daher kann nur eine genaue Messung in der Wohnung exakte Aufschlüsse über die Größe der elektrischen und magnetischen Felder geben. Hochspannungsleitungen Wie sieht es nun mit elektrischen und magnetischen Feldern rund um Hochspannungsleitungen aus? Betrachten wir zuerst Freileitungen mit einer Spannung von 380kV und einer Stromstärke von 50A (transportierte Leistung 33 MW). Elektrisches Feld: Das elektrische Feld ist ein Quellenfeld, es bildet sich daher zwischen den verschiedenen Leitern aus. Direkt unter einer Hochspannungsleitung treten typische elektrische Feldstärken von 0,1 5kV/m auf. Gebäude beeinflussen das Feld sehr stark, da sie eine abschirmende Wirkung haben. Magnetisches Feld: Das Magnetfeld direkt unter der Leitung beträgt 0,5-5µT. Auch dieses Feld nimmt quadratisch mit der Entfernung ab. Diese Felder können keine Kraftwirkungen ausüben. Ein aus der Schule bekannter Versuch, der mit einem Magneten zeigt, dass sich Eisenfeilspäne bewegen, benötigt mindestens mal stärkere Magnetfelder (ca. 10mT). Was ändert sich, wenn man anstelle von Freileitungen Erdkabel verwendet? (Im Bild sehen Sie die Verlegung eines 110kV-Erdkabels beim Umspannwerk Brederis) Die elektrische Feldstärke sinkt praktisch auf Null, da sie durch die Abschirmwirkung der Kabelhüllen nicht hindurch kommt. Das Magnetfeld ist ca. um den Faktor 10 niedriger als bei einer Freileitung. Dies kommt dadurch zustande, dass die einzelnen Leiter näher aneinander liegen und dadurch eine Selbstabschirmung vorliegt. Insgesamt haben Erdkabel geringere Feldstärken als Freileitungen, sind jedoch näher bei den Menschen verlegt. Dadurch wird der Vorteil des geringeren Magnetfeldes eines Erdkabels im Vergleich zur Freileitung weitgehend aufgehoben. In der Nähe von Erdkabel kann das Magnetfeld sogar größer als unter Freileitungen sein. 4

5 Studien zur Gefährdung Mögliche Gefährdungen durch Hochspannungsleitungen wurden in zahlreichen epidemiologischen Studien untersucht. Das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) schreibt, dass seit 1979 epidemiologische Arbeiten über einen möglichen Zusammenhang zwischen Krebserkrankungen und der Nähe von Hochspannungsleitungen vorliegen. Die in großer Zahl vorliegenden Ergebnisse von Studien wurden von Wissenschaftlern in vielen Ländern bewertet. Weltweit anerkannte Strahlenschutzgremien wie die Internationale Strahlenschutzkommission für Nichtionisierende Strahlung (ICNIRP), die englische Strahlenschutzbehörde (NRPB) oder die deutsche Strahlenschutzkommission (SSK) und das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) kamen zu dem Schluss, dass ein Zusammenhang zwischen einer Exposition durch magnetische Felder, wie sie im Alltag auftritt, mit einem vermehrten Auftreten von Krebs nicht erwiesen ist, auch nicht im Fall vom Leukämie bei Kindern. Herr Prof. Jörg Michaelis gilt als einer der führenden Epidemiologen in Deutschland. Er ist Direktor des Instituts für medizinischen Statistik und Dokumentation der Universität Mainz. Zu seinen Hauptforschungsgebieten zählt die Krebsepidemiologie. Leukämierisiko? Herr Michaelis hat zusammen mit Herrn Schüz eine epidemiologische Studie zur Assoziation von Leukämieerkrankungen bei Kindern und häuslicher Magnetfeldexposition, Abschlussbericht vom Dezember 2000 erstellt. Das zusammenfassende Ergebnis dieser Studie wurde in der Pressemitteilung vom veröffentlicht. Grundlage für die Studie waren Messungen, welche im Zeitraum von Ende 1997 bis Ende 1999 in ganz West-Deutschland durchgeführt wurden. Letztendlich konnten Messungen für 514 Kinder mit Leukämie und 1301 nicht an Leukämie erkrankten Kindern durchgeführt und ausgewertet werden. Die Studie ergab keinen deutlichen Hinweis, dass durchschnittliche Magnetfelder 0,2 µt mit dem Auftreten von Leukämie im Kindesalter assoziiert sind. Es wurde ein höheres Leukämierisiko bei Magnetfeldstärken 0,4 µt, das aufgrund der kleinen Fallzahl allerdings nur eine geringe Aussagekraft hatte, beobachtet. Kinder, die während der Nacht einem höheren Magnetfeld 0,4 µt ausgesetzt waren, hatten ein etwa 3-fach erhöhtes Leukämierisiko. Aufgrund der Beobachtungen für die nächtliche Magnetfeldexposition kann die Studie als Hinweis auf eine statistische Assoziation zwischen magnetischen Feldern und Leukämien im Kindesalter gewertet werden. Eine biologische Erklärung für diese Beobachtung ist nicht bekannt. Sollte die beobachtete Beziehung kausal sein, wäre dennoch nur etwa 1 % aller Leukämien bei Kindern in Deutschland der Exposition durch elektromagnetische Felder zuzuschreiben. Die Aussage gilt aber nur, wenn der beobachtete statistische Zusammenhang ursächlicher (kausaler) Natur ist, worauf es aus experimentellen Studien bisher aber keine ü- berzeugenden Daten gibt. Die Ursache für die große Mehrheit aller Leukämiefälle bei Kindern bleibt damit unklar. Laut Prof. Michaelis ist es auch nicht sinnvoll das Thema Magnetfelder und Leukämie nochmals mit einer epidemiologischen Studie zu untersuchen, denn man sei an der Grenze dessen angekommen, was man überhaupt erkennen kann. Es gehe maximal um 3-4 Erkrankungsfälle in Deutschland die man epidemiologisch kaum erkennen kann und praktisch im statistischen Rauschen untergehen. 5

6 Links zum Thema Elektromagnetische Felder: Weltgesundheitsorganisation WHO: International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection ICNIRP: Strahlenschutzkommission SSK: Bundesamt für Strahlenschutz BfS: Vorsorgemaßnahmen im Haushalt: Hochspannungsleitungen: Landesanstalt für Umweltschutz; Baden Württemberg Elektromagnetische Felder im Alltag Forschungszentrum für Elektro-Magnetische Umweltverträglichkeit (Medizin) Land Salzburg EMF und gesundheitliche Wirkungen: Infomappe Elektrosmog: Universität Graz: Institut für Theoretische Physik, Abteilung Fachdidaktik Univ. Prof. Dr. Leopold Mathelitsch (Vortrag von Dipl. Ing. Andreas Abart, TU Graz) ASE-Veranstaltung zum Thema Elektromagnetische Felder: Im Sommersemester 2005 (voraussichtlich am Freitag, ) wird der Arbeitskreis Schule Energie in Zusammenarbeit mit den beiden Pädagogischen Instituten des Landes eine Veranstaltung zum Thema von niederfrequenten elektrischen und magnetischen Feldern veranstalten. Bitte entnehmen Sie den genauen Termin dieser Veranstaltung dem jeweiligen Semesterprogramm des PIs des Landes bzw. des PIs des Bundes. 6