Elektrosmog - Theorie, Interpretation und Praxis

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1 FACHHOCHSCHUL LAUSITZ Fachbereich IM-lektrotechnik Prof. Dr.-Ing. B.K. Glück lektrosmog - Theorie, Interpretation und Praxis Gliederung 1. Problemstellung 2. Wirkung von elektromagnetischen Feldern 3. Grenzwerte 4. Schutzmaßnahmen 5. Beispiele 6. Diskussion / Zusammenfassung / Memo 7. Literatur Stand C:\userfhl\FHLT\Fach\senioren\senak03v1.lwp - Seite 1 -

2 1. Problemstellung lektrosmog = Pseudonym; ursprünglich bezeichnet smog eine Mischung aus smok (Rauch) und fog (Nebel), also mechanische Luftverschmutzung bzw. eine Schadstoffkonzentration (z. B. Ruß, Abgase etc). lektrosmog bezeichnet eine Verunreinigung bzw. Belastung der Umwelt durch elektromagnetische Wellen. Ziel soll es sein, reale Gefährdungen zu benennen, die Grenzwerte einzuschätzen und persönliche Schlußfolgerungen abzuleiten Im weiteren soll die Wirkung elektrische, magnetischer und elektromagnetischer Felder betrachtet werden. Vom Ansatz der Beeinflussung durch elektrische Phänomene auf Körperfunktionen betrachtet, ergeben z. B. durch verschiedene Metallimplantate erzeugte elektrochemische bzw. galvanische lemente ebenfalls Anlaß zu fachlichen Diskussionen. Bild 1: Profil des magnetischen Feldes in einem typischen Wohnraum [6]. C:\userfhl\FHLT\Fach\senioren\senak03v1.lwp - Seite 2 -

3 2. Wirkung elektromagnetischer Felder 2.1. Wirkung des elektrischen Feldes Das elektrische Feld ist eine vektorielle Größe und wird durch seine Feldstärke = grad = x ; eindim.: = U d [ V m, mv cm ] angegeben. Ursache des elektrischen Feldes sind Ladungen unterschiedlicher Polarität. Das Potential ist eine skalare Größe, hat also nur einen Betrag. Dies gilt auch für die Potentialdifferenz, also die Spannung U zwischen zwei Punkten. Y +Q -Q s X File:e1feld.cdr Bild 2: lektrisches Feld zwischen zwei gleich großen Ladungen mit unterschiedlichem Vorzeichen. Vervollständigen Sie das Bild. Woher kommen die Feldlinien einer Punktladung? Die elektrische Flußdichte, welche das Dielektrikum D = 0 r [ As m 2 = As Vm V m] des Werkstoffes berücksichtigt, ist Die mit der Ladung Q wirkende Kraft F ist ebenfalls vektoriell und beträgt: F = Q [N = VAs m = V m As] lektrische Felder verursachen eine Polarisierung oder Umladung von Oberflächen bzw. von ionisierbaren Werkstoffen (Anwendung LCD). Im xtremfall der Feldstärke erfolgt mission von Ladungen mit nachfolgenden Überschlägen. C:\userfhl\FHLT\Fach\senioren\senak03v1.lwp - Seite 3 -

4 2.2. Wirkung des magnetischen Feldes Das magnetische Feld ist ein Resultat des Stromflusses I durch einen Leiter der Länge l. s baut sich radial im Abstand r Leiter, senkrecht zur Stromrichtung (Rechtehandregel) auf und wird in seiner Feldstärke bzw. sinngemäß mit der magnetischen rregung. H = l d H = I 4 l Y 1 r d l % r 2 r [ A m; ma cm ] angegeben. r H I X File:m1feld.cdr Bild 3: Magnetfeld als rgebnis des Stromflusses (Gleichstrom) im Leiter. Wohin zeigt der Strom? Wozu dient der Ortsvektor r? Die magnetische Flußdichte = Induktion unter Berücksichtigung der Permeabilität µ ist B = 0 r H [1Tesla = Vs m 2 = Vs Am A m = 10 4 G] magnetische Felder wirken durch ihre Induktion, war bedeutet, daß der durch das magnetische Feld im leitenden Körper (z. B. Lebewesen) erzeugte Strom zu wirken beginnt (Muskelkontraktion, Wärme): Anwendung: Reizstrommassage u.a. C:\userfhl\FHLT\Fach\senioren\senak03v1.lwp - Seite 4 -

5 2.3. Wirkung des elektromagnetischen Feldes Das elektromagnetische Feld ist ein vektorielles Produkt aus elektrischem und magnetischen Feld mit einer aus diesen Feldern resultierenden Ausbreitungsrichtung, dem Poyntingvektor S und der dadurch ausgedrückten Leistungsdichte: S = % H = $ H $ sin, H [ V m m A = VA m = W 2 m ] 2 Die Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle S ist also jeweils senkrecht zum - und zum H-Feld. benso wirkt die in der elektromagnetischen Welle enthaltene nergie. n Y Z r H File:em1feld.cdr X Bild 4: Stromdurchflossener Leiter mit positivem Potential ( + -Ladung auf der Oberfläche). C:\userfhl\FHLT\Fach\senioren\senak03v1.lwp - Seite 5 -

6 H H(x) S(x) 0 a/2 a 2a 3a/2 x (x) File: v6poynting Bild 5: Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle in Form der Leistungsdichte, dem sog. Poyntingvektor. Fazit: ine lektromagnetische Welle hat resultierend drei Ausgangskomponenten a) -Feld b) H-Feld c) Richtung, gegeben durch Kreuzprodukt S = ( x H) sina mit der Zusatzbedingung, daß die Feldveränderung = Schwingung mit der Frequenz f z. B. sinusförmig, also im öffentlichen Stromnetz ist f = 50 Hz. Mit dieser Welle breitet sich die aus dem Produkt von - und H-Feld entstehende nergie im Raum ähnlich dem Sonnenlicht aus. Die gesundheitlichen Risiken elektromagnetischer Wellen nach ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation) bestehen in [1]: Gewebeerwärmung durch HF-Absorbtion Wirkung induzierter Ströme (f< 500 khz) Verbrennungen lektroschocks durch Berührungen von Leitern Höreffekte Krebsförderung / -entstehung durch Veränderung von Bestandteilen der Zelle / Gewebe Medizinische Anwendungen von elektromagnetischen Wellen sind z. B. bei diathermischer Behandlung (Diathermie) im insatz. C:\userfhl\FHLT\Fach\senioren\senak03v1.lwp - Seite 6 -

7 3. Grenzwerte Grenzwerte in D sind sog. Vorsorgewerte, welche i. A. weit unterhalb von zulässigen Werten einer möglichen Gefährdung liegen und betragen in Wohngebieten [1]: a) 50 Hz: < 5 kv/m; B < 100 µt; 16 2/2 Hz: < 10 kv/m; B < 300µT [3] b) für HF-Anwendungen ffektivwert Mittelwert Frequenz [MHz] [V/m] H [A/m] S = *H [W/m2] * *105 27,5 41,1 54,8 61,4 61,4 0,07 0,11 0,14 0,16 0,16 2 4,5 7, Basis der Vorsorgewerte in D ist die spezifische Absortionsrate bei xposition in em-feldern von 0,08 W/kg, was einer relativen rhöhung der Körpertemteratur um 0,02 C infolge der nergiebasorbtion entspricht: SAR = absorbierte HF Leistung Körpermasse [W/kg] Der SAR-Grenzwert beträgt 2 W/kg, was bedeutet, daß ein Körper von 1 kg bei einer xposition von 2 W HF-Leistung in ca. 1 Stunde einen Temperaturzuwachs von 0,1 C annimmt. Dies wird als nicht zulässiger SAR-Wert bewertet [4]. im Vergleich: a) Körperströme des Menschen / Mitmenschen ca. 1mA/m2 : b) Reizschwellen des Menschen für Magnetfeld: > 50 ma/m2: optische Täuschungen medizinisch belegt [2]. Die nervliche Reizschwelle liegt bei ca. > 800 ma /m2 [2] c) Magnetfeld der rde: 0,5... 0,7 G = µt = µa/m2 [5] C:\userfhl\FHLT\Fach\senioren\senak03v1.lwp - Seite 7 -

8 4. Schutzmaßnahmen a) inhaltung von notwendigen Abständen b) Schirmung, Leistungsreduzierung c) Prinzip der Verhältnismäßigkeit d) Zugang / xposition zu em-feldern zeitlich und personell einschränken 5. Beispiele a) Mikrowelle: f = 2450 Mhz; Abstand s = 5 cm: S < 0,62 W/m2 s = 30 cm: S < 0,06 W/m2 Grenzwert: S < 50 W/m2. b) Mobilfunk: f = MHz: für s = 3 cm: S < 2 W/m2 für s = 50 cm: S = 0,001 W/m2 Grenzwert: S < 4 W/m2 oder 2 W/kg c) Netzkabel: f = 50 / 60 Hz: < 10kV, B < 100 µt: S < 1W/m2 für s = 10 m: S = 10 mw/m2 Grenzwert: S < 1 W/m2 C:\userfhl\FHLT\Fach\senioren\senak03v1.lwp - Seite 8 -

9 6. Zusammenfassung Ruhende, statische elektrische Systeme erzeugen ein statisches elektrisches Feld, kein Magnetfeld. in Gleichstrom verursacht ein konstantes magnetisches Feld, gleichzeitig ein elektrisches Strömungsfeld. in Wechselstrom verursacht ein dynamisches elektromagnetisches Feld. Das elektromagnetische Feld breitet sich senkrecht zu seinen zwei rzeugerfeldern aus und transportiert nergie in Form einer elektromagnetischen Welle. Damit strahlt jeder stromdurchflossene Leiter elektromagnetische nergie ab. Mit steigender Frequenz steigt der nergiegehalt der elektromagnetischen Welle. Magnetische, elektrostatische und elektrodynamische Felder verursachen bei Überschreiten von Schwellwerten Veränderungen in Körpern in Form von Wärme, Ionisation u.a.. Bei Überschreiten von Gefährdungswerten können z. T. irreversible Schäden (Verbrennungen, Krebs, psychische Störungen u.a.) bei Lebewesen auftreten. Schwellwerte für den Menschen sind: -Feld: 1-10 V/m (z. Z. diskutiert) H-Feld: 1mA/m2 Vorsorgewerte müssen unterhalb der Sensibilität von wissenschaftlich gesicherten Grenzwerten liegen und werden vom Gesetzgeber i.a. auf Grundlage von umfangreichen Untersuchungen festgelegt. Vorsorgewerte: -Feld: 10 kv/m H-Feld: 100µT also praktisch gleich groß wie natürliches Magnetfeld 7. Literatur [1] IT-Handbuch, Westermann-Verlag [2] Hosemann, G: lektromagnetische Felder.. VD-Studie, [3] Digitaler Umweltatlas, Berlin [4] [5] Tipler: Lehrbuch Physik, Spektrum Verlag [6] Perry, T.S.: Today s view of magnetic fields ; I Spectrum Dec. 1994, 14. C:\userfhl\FHLT\Fach\senioren\senak03v1.lwp - Seite 9 -