Grundlagen
Natürliche elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder
Die Menschen auf der Erde sind ständig natürlichen elektromagnetischen Feldern ausgesetzt. Denn die Erde ist von einem statischen Magnetfeld umgeben, welches nahezu ausschließlich von den elektrischen Strömen im flüssigen Erdkern verursacht wird. An den Polen ist die magnetische Flussdichte der Erde dabei ca. doppelt so stark wie am Äquator.
Verteilung der magnetischen Flussdichte auf der Erde
Darüber hinaus führen die natürliche Sonnenstrahlung und der Sonnenwind auf der Erde zu elektrischen Feldern. Natürliche elektromagnetische Felder entstehen unter anderem durch Blitze.
Anthropogene elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder
Nicht natürliche elektrische und magnetische Felder treten an Kabeln, Freileitungen und elektrischen Geräten auf. Die beiden Felder stehen in einem direkten Zusammenhang.
Bei einer Frequenz von bis zu 30 kHz wird von einem niederfrequenten (NF-) Feld gesprochen. Alle Haushaltsgeräte, die mit einer Stromversorgung von 50 Hz betrieben werden, erzeugen NF-Felder. Das elektrische und magnetische Feld werden zwar beide gleichzeitig erzeugt, haben aber ganz unterschiedliche Ausbreitungseigenschaften. Deshalb werden sie getrennt voneinander betrachtet.
Ab einer Frequenz von 30 kHz beginnt der hochfrequente Bereich und das elektrische und magnetische Feld lassen sich nicht mehr getrennt untersuchen. Es wird nun von einem elektromagnetischen Feld gesprochen. Mobilfunksendeanlagen, Handys und DECT- Telefone, um nur einige Beispiele für hochfrequente Quellen zu nennen, emittieren elektromagnetische Wellen mit unterschiedlicher Reichweite.
Physikalische Grundlagen
Die elektrische Feldstärke E bezeichnet die Spannung pro Strecke und wird in Volt pro Meter (V/m) angegeben. Statische E-Felder können durch ruhende Ladungen erzeugt werden, d. h. durch Anlegen einer Spannung. Dabei steigt die Stärke des elektrischen Feldes mit zunehmender Spannung an und fällt mit zunehmendem Abstand zur Quelle. Sie reagiert stark auf Umgebungsbedingungen und lässt sich durch geeignete Materialien leicht abschirmen.
Die magnetische Feldstärke H wird in Ampere pro Meter (A/m) angegeben und durch fließenden Strom erzeugt. Die magnetische Feldstärke gibt die Stärke und Richtung des durch einen magnetischen Dipol erzeugten Magnetfeldes an. Durch das Anlegen einer Spannung wird noch kein magnetisches Feld erzeugt. Erst durch bewegte Ladungen, d. h. durch fließende Ströme, wird ein magnetisches Feld induziert.
Die magnetische Flussdichte B wird aus der magnetischen Feldstärke H abgeleitet und gibt die eigentliche Stärke des magnetischen Feldes in Tesla (T) an. Mit ansteigender Stromstärke nimmt die Stärke des magnetischen Feldes zu und mit zunehmendem Abstand zur Quelle verringert sie sich. Niederfrequente Magnetfelder durchdringen fast alle Materialien und lassen sich nur schwer abschirmen.
Die Leistungsflussdichte S setzt sich aus der elektrischen und magnetischen Feldstärke zusammen und gibt an, wie groß die Leistung pro Fläche eines elektromagnetischen Wechselfeldes ist. Sie wird in Watt pro Quadratmeter (W/m²) angegeben. Die Leistungsflussdichte nimmt im Fernfeld gleichförmig (isotrop) abstrahlender Quellen mit dem Quadrat der Entfernung ab, d. h. bei einer Verdoppelung der Entfernung reduziert sich die Leistungsflussdichte auf ein Viertel des ursprünglichen Wertes.