Physikalische grundlagen und definitionen

Bevor ich auf die Wirkungen elektromagnetischer Felder und Wellen zu sprechen komme, müssen der umgangssprachliche Begriff "Elektrosmog" ebenso wie die physikalischen Grundlagen der Entstehung von elektrischen bzw. magnetischen Feldern geklärt werden.

2.1 Definition "Elektrosmog"
"Unter dem wenig wissenschaftlichen, aber mittlerweile eingebürgerten Begriff "Elektrosmog" (Smog aus dem Englischen Smoke + Fog) subsummiert man die Gesamtheit der elektromagnetischen Felder, denen die Menschen heutzutage insbesonders in den Industriestaaten ausgesetzt sind."(Dr. Barnbas Kunsch in gsf Bericht 20/93, S.23)


2.2 Physikalische Felder
Physikalisch beschreibt das Feld einen Raum, in dem physikalische Kräfte einer bestimmten Größenordnung wirken. Bei der elektromagnetischen Strahlung sind das elektrische und das magnetische Feld von Bedeutung. In ihrem statischen Zustand (d.h.: die Felder verändern sich in Abhängigkeit von der Zeit nicht) sind sie für das Thema Elektrosmog nicht so bedeutend wie das elektrische und das magnetische Wechselfeld (d.h.: die Felder verändern sich in Abhängigkeit von der Zeit). (König/Folkerts 1992, S.12) Allerdings dienen diese einfachen Felder gut dazu, ihre Theorie zu erklären, da man elektrisches und magnetisches Feld im stationären Zustand klar voneinander trennen kann, was im Bereich der Wechselfelder und hier besonders im Hochfrequenzbereich nicht mehr möglich ist.

2.2.1 Das elektrische Feld
Physikalisch ist das elektrische Feld als ein Raum definiert, in dem auf geladene Körper Kräfte ausgeübt werden.
Um das elektrische Feld anschaulich zu beschreiben, benützt man sog. Feldlinien.
Läßt man Grießkörner oder längliche Kunststoffasern auf einer dünnen Ölschicht schwimmen und setzt sie einem elektrischen Feld aus, so kann man diese el. Feldlinien leicht sichtbar machen (siehe Abb.1 und 2 nächste Seite). (Müller/Leitner/Mráz 1991, S.28)
Außerdem haben elektrische Feldlinien folgende definierte Eigenschaften:
- Sie gehen immer von der positiven Ladung aus und enden bei der negativen.
- Sie treffen immer senkrecht auf die Leiteroberfläche.

- Sie schneiden sich nicht.
- Die Tangente an einer Feldlinie gibt die Kraftrichtung für eine Ladung am Berührungspunkt an (siehe Abb.3).
- Die Dichte der gezeichneten Feldlinien gibt das Maß der Kraft an.
(Skriptum Physik LK K12 1996, "Das el. Feld")
Verlaufen die Feldlinien parallel zueinander, so handelt es sich um ein homogenes elektrisches Feld. Das natürliche elektrostatische Feld der Erde (siehe 4.4.2) oder das Feld eines Plattenkondensators sind bekannte Vertreter dieser Feldart.
In der Praxis treten elektrische Felder auf, sobald Spannung an einem elektrischen Gerät anliegt, auch wenn noch kein Strom fließt. Sobald also der Stecker eines Gerätes in die Steckdose gesteckt wird, baut sich um das Gerät und die Anschlußleitung ein elektrisches Feld auf. Die Stärke des elektrischen Feldes hängt von der Spannung des Systems ab. Die elektrische Feldstärke (E) wird in Volt pro Meter (V/m) gemessen (siehe auch Abb. 4).
Elektrische Felder können relativ leicht abgeschirmt werden, selbst normale Bau- und biologische Materialien schwächen elektrische Felder sehr stark. Durch Hauswände normaler Bauweise werden äußere elektrische Felder um ca. 90 Prozent reduziert.
(König/Folkerts 1994, S. 16 - 19)

2.2.2 Das magnetische Feld
Magnetische Felder wirken nur auf bewegte elektrische Ladungen und magnetisierte Materie. Sie können durch Permanentmagneten (statische Felder) oder durch elektrische Ströme (statische Felder durch Gleichströme, Wechselfelder durch Wechselströme) erzeugt werden.
Im Gegensatz zu den elektrischen Feldlinien sind die magnetischen geschlossen (siehe Abb. 5 und 6). Das magnetische Feld eines stromdurchflossenen Leiters breitet sich in Kreisbahnen senkrecht zu dessen Ebene aus. Die Stärke des magnetischen Feldes hängt von der Höhe des fließendes Stromes ab. Magnetische Felder treten erst dann an elektrischen Geräten oder Anlagen auf, wenn diese eingeschaltet werden, also Strom fließt. Die Stärke des magnetischen Feldes hängt von der Höhe des fließenden Stromes ab.
Die Maßeinheit für die Magnetfeldstärke (physikalisch durch ein H beschrieben) ist Ampere pro Meter (A/m). Üblich ist aber eine Beschreibung des Magnetfeldes durch eine andere Größe, nämlich die "magnetische Kraftflußdichte" (Formelzeichen B). Ihre Maßeinheit ist Tesla (T) (siehe auch Abb.4). Die magnetische Permeabilität (auch magnetische Leitfähigkeit genannt; Formelzeichen µ), eine für jedes Material spezifische Konstante, stellt den Zusammenhang zwischen der Feldstärke H und der magnetischen Kraftflußdichte B auf folgende Weise her: F=B/µ. Für den Menschen sind insbesondere die magnetischen Eigenschaften der Luft von herausragender Bedeutung. (König/Folkerts 1992, S.14) Die Tabelle auf Seite 28 (Abb. 24) bietet einen Überblick über einige Haushaltsgeräte und ihre spezifische magnetische Kraftflußdichte.

2.2.3 Wechselfelder und elektromagnetische Strahlung
Bisher war nur die Rede von zeitlich konstanten Feldern, die auch stationäre oder statische Felder genannt werden. Im Zusammenhang mit "Elektrosmog" ist jedoch der zeitliche Charakter der Felder von großer Bedeutung.
"Polt sich ein elektrisches oder magnetisches Feld periodisch innerhalb bestimmter Zeitintervalle symmetrisch um, spricht man von einem klassischen Wechselfeld." (König/Folkerts 1992, S. 15) Folglich ist das Feld, das ja durch die fließenden Ladungen verursacht wird, nicht mehr konstant. Es verändert sich, zeitlich gesehen, im selben Rhythmus wie die Ladungsbewegung. (Nimtz/Mäcker 1994, S.60)
Physikalisch bezeichnet man einen kompletten Umpolungsvorgang des Feldes als Schwingung. Die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde ergeben schließlich die Frequenz eines Feldes, durch die der zeitliche Charakter von Wechselfeldern physikalisch beschrieben wird. Die Frequenz hat die Einheit Hertz (1 Hz = 1 Schwingung pro Sekunde) (siehe auch Abb.4). (Sievers 1997, S. 31)
Maxwell berechnete schon im vorigen Jahrhundert, daß im freien Raum ein Wechselfeld einer Art (elektrisch oder magnetisch) immer ein Wechselfeld der anderen Art (el. oder mag.) erzeugt. Dies bezeichnet man als elektromagnetische Welle, die aus zwei Komponenten besteht und sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Der Abstand von einem Wellenmaximum bis zum nächsten ist die Wellenlänge (siehe Abb. 7).
(König/Folkerts 1992, S. 15)

2.3 Frequenzspektrum
Da Felder mit einer geringen Schwingungs¬anzahl pro Sekunde andere Eigenschaften haben als solche mit einer hohen unterscheidet man zwischen nieder- (0Hz-30kHz) und hoch¬frequenten (30kHz-300GHz) Wechselfeldern. Bei Wechselfeldern im Hochfrequenzbereich sind das elektrische und das magnetische Feld besonders eng aneinander gekoppelt. Man spricht von der elektromagnetischen Strahlung (siehe Abb.7). Eine Übersicht über das gesamte elektromagnetische Spektrum gibt nebenstehende Tabelle (siehe Abb.8).