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Das elektromagnetische Spektrum
Gleichfelder
Elektrische Gleichfelder - Elektrostatik
Der elektrischen Feldtheorie liegt die Vorstellung zugrunde, dass jede elektrische Ladung den Raum in ihrer Umgebung verändert, indem sie ein „elektrisches Feld“ um sich herum aufbaut. Ein elektrisches Feld ist ein Raum, in dem eine elektrische Ladung eine Kraft erfährt (Coulomb-Gesetz ). Die elektrischen Feldstärke (E) wird in Volt pro Meter (V/m) quantifiziert.
Die Erde weist zwischen der Ionosphäre, in der entsteht durch die kosmische Einstrahlung eine Ionisation (Überschussladung) von Luftmolekülen. Dabei werden positiv ionisierte Teilchen in Richtung der Erde beschleunigt. Die negativ geladenen Teilchen werden von der Erde weg beschleunigt. In Boden Nähe und im Freien können noch ca. 10'000 Luftionen pro cm² Luft, in Innenräumen weit weniger. Besonders synthetische Umgebungen reduzieren die Zahl von Luftionen erheblich
Bei wolkenlosen Himmel im ebenen Gelände lassen sich in der Luft elektrische Feldstärken um die 100 bis 300 V/m von oben nach unten feststellen. Bei Gewittern entstehen aufgrund der Ladungstrennung in den Wolken jedoch auch wesentlich höhere Feldstärken von 25 bis 35 kV/m. Ab diesen Feldstärken kommt es auch in Form von Blitzen zu Entladungen. Auch der Föhn hat eine erhöhte Luftelektrizität zur Folge.
Das elektrische Potenzial auf der Oberfläche eines leitfähigen Körpers, z.Bsp. dem eines Menschen, verteilt sich in etwa gleichmässig, so dass wir keine Spannungsdifferenzen in der Luft fühlen können. Es wird aber eine indirekte Beeinflussung des biologischen Organismus durch Luftionen, diskutiert, eine These die allerdings nur durch eine ältere Studie, die heute umstritten ist, gestützt wird.
Magnetische Gleichfelder - Magnetostatik
Bewegen sich elektrische Ladungen oder verändert sich eine elektrisches Feld entsteht ein Magnetfeld. Magnetfelder induzieren Ströme in elektrisch leitfähigen Körpern, also auch im Menschen.
Als magnetische Basisgrösse gilt die magnetische Feldstärke (H) mit der Einheit Ampère pro Meter ( A/m). Bei statischen und sich langsam verändernden Magnetfeldern wird aber die magnetische Flussdichte (B) mit der Einheit Tesla (T) weil sich diese viel besser zur Berechnung induzierter Ströme eignet. Gelegentlich trifft man auch die alte Einheit Gauss an (1T = ). Die magnetische Feldstärke und die magnetische Flussdichte sind über die magnetische Permeabilität (magnetische Leitfähigkeit) miteinander Verknüpft. Die meisten Stoffe haben eine Permeabilitätszahl zwischen 1 und 1.001 (der Unterschied zu Vakuum ist somit vernachlässigbar). So genante ferromagnetische Stoffe (Eisen, Kobalt, Nickel) haben sehr viel besser magnetische Leitfähig (300 - 300'000) und eignen sich um magnetische Flüsse zu lenken.
Auch in der Erde verschieben sich elektrische Ladung und so stellt die Erde auch einen riesigen Dynamo dar. Das ungestörte Magnetfeld der Erde beträgt in unseren Breitengraden um die 40μT. Eisenteile beeinflussen aber den Verlauf des Erdfeldes, wenn sie magnetisiert sind können sie lokal gar ein dominanteres Magnetfeld bewirken.
Deshalb wird magnetisierten Eisenteilen, wie Stahlbeschläge und Federn aus Stahl im Bett, Metallen in Möbeln oder Stahl in Bauteilen (Armierungen in der Bodenplatte oder in Stürzen) negative gesundheitliche Wirkung attestiert. Diese lässt sich allerdings wisenschaftlich nicht belegen.
Ähnliches gilt für Felder die von Gleichstromanlagen wie Gleichstrombahn oder Trolleybus ausgehen
Niederfrequente Wechselfelder
Langsam veränderliche elektrische Wechselfelder
Bei der elektrischen Hausinstallation haben wir es nicht mit einem statischen elektrischen Potenzial zu tun. Das Potenzial in unseren Starkstromleitungen, Steckdosen, Schaltern und Verteilerdosen wechselt hundert mal pro Sekunden die Polarität. Da unser Startstromnetz mit einer 50 Hz Wechselspannung betrieben wird, schwingen auch die elektrischen Felder, die von diesen Quellen ausgehen mit einer Frequenz von 50 Hertz. Die Stärke eines elektrischen Wechselfeldes (E) wird wie beim statischen elektrischen Feld in V/m ausgewiesen. Ohne spezielle Angaben ist dies nicht der Scheitelwert, sondern der Mittelwert (RMS) der Schwingung. Ein Stromfluss ist für das elektrische Feld nicht notwendig.
Viele elektronischen Geräte in unserer Hausinstallation, wie Dimmer (Helligkeitsregler), Energiesparlampen, getaktete Netzteile u. a. belasten das Netz und die nähere Umgebung mit Wellen die höhere Frequenzen aufweisen, sogenannte Oberwellen. Je kompakter solche Netzteile und elektronischen Vorschaltgeräte gebaut werden, um so höher ihre Taktfrequenz. Oberwellen verschmutzen auch unsere Stromnetzqualität, was heute auch als Dirty Power bezeichnet wird und andere Gerätschaften in ihrer Funktion behindern kann.
Viele Bau- und Elektrobiologen legen grossen Wert (vielleicht gar einen zu grossen) auf die Reduktion von elektrischen Wechselfelder, obwohl eine Wirkung auf den Menschen bei Feldstärken, wie sie im häuslichen Umfeld auftreten können, äusserst umstritten ist. Es gibt kaum wissenschaftliche Studien, die den Einfluss niederrequenter elektrischer Felder im Niederigdosisbereich untersucht haben. Im Sinne des baubiologischen Grundsatzes " Massstab ist die Natur", ist es aber durchaus gerechtfertigt elektrische Wechselfelder zu minimieren. Dies nicht zuletzt auch deshalb, weil in vielen Fällen eine mit einfachen Massnahmen möglich ist.
Langsam veränderliche magnetische Wechselfelder
Sobald Geräte eingeschaltet werden fliesst Strom. Es werden somit Ladungen verschoben und es entstehen magnetische Felder, die mit der selben Frequenz wie der Strom, von dem sie ausgehen, schwingen. Das bedeutet dass Magnetfelder von Geräten und Leitungen im Hause, wie auch Kabel und Freileitungen der Energieversorger und Elektrizitätswerke (Hochspannungsleitungen), auch eine 50Hz-Schwigung aufweisen. Oft zeigen sich auch Frequenzen von Oberwellen im Magnetfeld. Bahnanlagen erzeugen Felder die mit 16 2/3 Hz schwingen.
Da die Magnetfelder in Abhängigkeit zum Stromfluss steht und dieser abhängig vom Verbrauch stark schwanken kann, ändert die davon ausgehenden Stärke des magnetischen Wechselfeldes zeitlich auch.
Ob die Magnetfelder Luft, Mauern, Humus oder Fels durchdringen müssen macht faktisch keinen Unterschied, weil der Unterschied der magnetischen Leitfähigkeit dieser Materialien sich nicht mal ein Promille beträgt. Nur mit ferromagnetischen Materialien Lassen sich Magnetfelder lenken. Dagegen kann man das physikalische Gesetz nutzen, das besagt, dass sich Magnetfelder, die in gegengesetzte Richtung rotieren, sich gegenseitig kompensieren.
Bei einem Hin- und Rückleiter bewegen sich die Ladungen in entgegengesetzte Richtung und somit drehen sich ihre Magnetfelder auch gegeneinander. Nur, um so weiter die beiden Leiter auseinander geführt sind um so weniger überlagern sich ihre Magnetfelder und die Kompensation nimmt ab. Die beste Deckung der Felder erreichen wir mit einem Koaxialkabel, aber bereits auch ein verdrillen der Leiter verbessert die Kompensation signifikant. Gar kene Kompensation haben wir bei Fehlerströmen die über Wasserleitungen oder elektrisch gut leitende Gebäudeteile vagabundieren. Deshalb treten schon bei kleinen vagabundierenden Strömen lokal relativ grosse Magnetfelder auf.
Es gibt heute auch aktive Magnetfeldkompensationsanlagen (es wird ein Gegenmagnetfeld erzeugt, das sich just in time der Magnetfeldimmission anpassen muss) auf dem Markt.
Bei allen andern auf dem Markt angepriesenen Neutralistoren und Harmonierungsgeräte kann physikalisch keine Reduzierung des Feldes nachgewiesen werden. .
Wir messen die niederfrquenten elektrische und Magnetische Felder (Elektrosmog) in Räumen und auf Bauplätzen präzise und geben bei Auffälligkeiten Empfehlungen, wie die Felder reduziert werden können, ab.
Hochfrequente elektromagnetische Strahlung
Schwingungen ab 30 kHz werden als Hochfrequenz bezeichnet. Mit der englische Bezeichnung „High Frequency“ ist allerdings nur der Frequenzbereich von 3 – 30 MHz gemeint. Wellen ab 30 - 300 MHz, kennt man auch als „Radio Frequency“ und welche von 0.3 - 300 GHz als „Micro Waves“.
Elektromagnetische Wellen können sich bei ausreichend grosser Antenne (je tiefer die Frquenz um so länger die Antenne) schon ab 9 KHz von ihrer Quelle lösen und in die Ferne strahlen. Den Bereich, in dem die Felder immer noch mit der Quelle verbunden sind wird als Nahfeld bezeichnet. Die Ausdehnung des Nahfeldes ist von der Frequenz und der Geometrie der Antenne abhängig. Als Faustregel kann man ab einer Distanz, die vier Wellenlängen entspricht, vom Fernfeldbedingungen ausgehen. Im Fernfeld stehet die elektrische und die magnetische Feldkomponente über den Freifeldwiderstand in direkter Abhängigkeit zueinader. Das bedeutet, wenn wir die eine physikalische Grösse kennen, dann können wir die andere Komponente errechnen (was im Nahfeld nicht der Fall ist). In Deutschland und Österreich orientiert man sich oft an der Leistungsflussdichte (S) mit der Einheit Watt pro Quadratmeter (W/m²), die das Produkt des magnetischen Flusses (H) mit der elektrischen Feldstärke darstellt. In der Schweiz sind die Grenzwerte für die elektrische Feldstärke definiert.
Funksender (Funkstrahlung)
Hochfrequente elektromagnetische Wellen und benutzt man im Funkbereich als Träger für Informationen, die diesem Träger aufmoduliert werden. Dafür werden verschiedene Frequenzbänder benutzt. Kurz-, Mittel- und Langwellensender werden in unseren Regionen nur noch von Funkamateuren betrieben. Rundfunksender stehen oft in grosser Entfehrnung zu Wohngebieten. Hingegen sind Mobilfunksender mitten in dicht besiedelten Gebieten installiert und konzentrieren ihre Sendeleistung mit gerichteten Antennen wie Scheinwerfer in sogenannte Hauptstrahlrichtungen. Die kleinste Distanz und deshalb in vielen Gebäuden am dominantesten, weisen Sender auf, die sich im Gebäude befinden, wie z.Bsp. Schnurostelefon (DECT) und Drahtlose Computernetzwerke (WLAN). Aber aufgepasst, auch PLC-Netzwerke (Computernetzwerke über die Starkstromsteckdose) strahlen im Kurz- und Mittelwellenbereich ab.
Die Eindringtiefe in leitfähige Stoffe (z.B. den Menschen) ist frequenzabhängig und verringert sich mit zunehmender Frequenz. Bei den beobachten biologischen Effekt im Niederigdosisbereich zeigen viele Experimente, dass nicht nur die Frequenz des Trägers und die Feldstärke einen Effekt begünstigen, dass auch der Modulationsart ein entscheidender Faktor darstellt. Über die Gesundheitsrelevanz dieser Effekte im Niederigdosisbereich ist sich die Wissenschaft bis heute uneinig. Die heute geltenden gesetzlichen Grenzwerte stützen auf das anerkannte Modell einer Gefährdung der Gesundheit durch thermische Wirkung, die wohl nur bei hohem Energieeintrag relevant ist.
In vielen Fällen läst sich die Belastung durch Funkstrahlung reduzieren, in dem die Strahlung an elektrisch leitfähigen Flächen reflektert wird oder von speziellen Materialien absorbieren läst. Auch hier zeigen die vielen auf dem Markt angeboten Wundergerätchen, Chips und sonstigen Harmonisierer keine nachweisbare Wirkung.