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Umweltatlas Berlin

08.05 Elektromagnetische Felder

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Problemstellung

Seit ihrer Entdeckung hat die Elektrizität das Leben der Menschen grundlegend verändert und ist heute ein unersetzbarer Bestandteil der Zivilisation geworden. Elektrizität kann in jede andere Energieart wie z.B. mechanische Arbeit, Wärme oder Licht konvertiert werden und ist damit universal verwendbar. Die Nutzung elektrischer Energie ist zwangsläufig mit dem Auftreten elektrischer und magnetischer Felder verbunden. Es handelt sich dabei fast ausschließlich um Wechselfelder, da technische Geräte vorwiegend mit Wechselstrom gespeist werden oder ihrerseits Wechselströme produzieren. Beim Wechselstrom ändert sich mit der Polarität des Stromes auch fortwährend die Richtung des Feldes. Die Anzahl der Perioden je Sekunde bezeichnet man als Frequenz, die in der Maßeinheit "Hertz" (Hz) angegeben wird. Ein Überblick des Spektrums elektromagnetischer Felder ist in Abb. 1 dargestellt.

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Abb. 1: Elektromagnetisches Spektrum: Übersicht zur Anwendung und zu den Erscheinungsformen elektromagnetischer Energien aufgetragen über die Frequenz f (bzw. die Wellenlänge lambda) (VEÖ 1991)

Die Bezeichnung "elektromagnetisches Feld" trifft streng genommen nur auf den Hochfrequenzbereich zu, da Magnetfeld und elektrisches Feld hier untrennbar verbunden sind und sich als elektromagnetische Welle frei im Raum ausbreiten können. Im Niederfrequenzbereich existieren dagegen unabhängig voneinander ein magnetisches und ein elektrisches Feld. Die elektrische Feldstärke wird mit E bezeichnet und in der Einheit V/m bzw. kV/m angegeben. Dargestellt wird das elektrische Feld durch Feldlinien, die senkrecht auf leitenden Körperoberflächen stehen. Jede Geometrie erzeugt ein charakteristisches elektrisches Feld. Als Beispiel sind in Abb. 2 die Feldlinien in der Umgebung eines zweiadrigen Kabels dargestellt.

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Abb. 2: Elektrische Feldlinien um ein zweiadriges Kabel

Die magnetische Feldstärke H wird in Ampere pro Meter (A/m), die magnetische Flußdichte B wird in der Einheit T ("Tesla") angegeben. Da die magnetischen Flußdichten häufig sehr klein sind, findet im folgenden überwiegend das Millionstel eines Tesla - ein µT - Verwendung. Die magnetischen Feldlinien verlaufen kreisförmig um den Leiter (vgl. Abb. 3).

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Abb. 3: Magnetisches Wirbelfeld B um einen vom Strom I durchflossenen Leiter

Elektrische und magnetische Felder breiten sich immer von einer Quelle ausgehend in den Raum aus. Das elektrische Feld ist ein Quellenfeld, das zwischen getrennten Ladungen (Batterie, Steckdose) auftritt. Das magnetische Feld ist ein Wirbelfeld, das nur auftritt wenn Ladungen bewegt werden, das heißt ein Strom fließt. An jedem unter Spannung stehenden Leiter existiert also ein elektrisches Feld, das magnetische Feld entsteht aber erst wenn ein Strom fließt, das heißt z.B. eine Lampe eingeschaltet ist.

Die Feldstärken nehmen mit zunehmendem Abstand von der Quelle sehr rasch ab.

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