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  • Elektromagnetische Felder Frequenzbereich 0 Hz - 300 GHz

    Autoren: Hauke Brüggemeyer, Hannover Karl-Friedrich Eichhorn, Leipzig Siegfried Eggert, Berlin Hans-Joachim Förster, Eningen u.A. Werner Heinrich, Erlangen Norbert Krause, Köln Barnabas Kunsch, Wien

    Inhaltsverzeichnis

    1. Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

    2. Physikalische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1 Statisches Feld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

    2.1.1 Elektrisches Feld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1.2 Magnetische Felder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

    2.2 Periodisch veränderliche Felder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2.1 Niederfrequenzbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.2.2 Hochfrequenz- und Mikrowellenbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

    3. Quellen und Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

    4. Biologische Wirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 4.0 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 4.1 Niederfrequente Felder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

    4.1.1 Direkte Wirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 4.1.1.1 Oberflächeneffekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 4.1.1.2 Innere Wirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 4.1.1.3 Reizwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 4.1.1.4 Andere biologische Effekte . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4.1.1.5 Mutagene/Teratogene Effekte . . . . . . . . . . . . . 21 4.1.1.6 Felder und Krebs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4.1.1.7 Felder und andere Erkrankungen . . . . . . . . . . . 22 4.1.1.8 “Elektrosensibilität” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

    4.1.2 Indirekte Feldwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4.1.2.1 Mittelbare Feldwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4.1.2.2 Elektronische Implantate . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

  • 4.2 Hochfrequente Felder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 4.2.1 Direkte Feldwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

    4.2.1.1 Thermische Effekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 4.2.1.2 Athermische Effekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

    4.2.2 Mittelbare Feldwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 4.3 Computer-Monitore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

    5. Zulässige Werte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 5.1 Grenz- und Richtwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

    5.1.1 Internationale Regelungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 5.1.2 Regelungen in der Europäischen Union . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 5.1.3 Regelungen in der Bundesrepublik Deutschland . . . . . . . . . . . 36

    5.2 Vorsorgeempfehlungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

    6. Messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 6.1 Meßverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 6.2 Meßgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 6.3 Hinweise zur Vorbereitung und Durchführung von Messungen . . . . 45 6.4 Besonderheiten in den einzelnen Frequenzbereichen . . . . . . . . . . . 46

    6.4.1 Niederfrequenzbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 6.4.2 Hochfrequenzbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 6.4.3 Höchstfrequenz- (Mikrowellen-) Bereich . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

    6.5 Meßorte und Meßpunkte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 6.6 Meßprotokoll . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 6.6 Kontrollmessungen und Nachkalibrierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 6.7 Rechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

    7. Schutzmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 7.1 Niederfrequente Felder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 7.2 Hochfrequente Felder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

    8. Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

    9. Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

    10. Adressen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

  • 1. Einleitung

    Mit dem weit verbreiteten und immer noch zunehmenden Einsatz von elek- trischen Anlagen hat sich die elektromagnetische Umwelt des Menschen wesentlich verändert. Neben den seit jeher vorhandenen natürlichen Feldern hat die Stärke der vom Menschen erzeugten Felder in der Umwelt, im Wohnbereich und an Arbeits- plätzen innerhalb kurzer Zeit erheblich zugenommen. In der Öffentlichkeit ist die Meinung verbreitet, daß diese Felder für den Organismus schädlich sein könnten. Daß diese Felder im allgemeinen unseren Sinnen nicht direkt zugänglich sind, sondern gemessen bzw. berechnet werden müssen, fördert die Verunsicherung.

    Seit einiger Zeit wird in vielen Staaten intensiv wissenschaftlich untersucht, ob und unter welchen Umständen eine Gefährdung durch die Wirkungen elektro- magnetischer Felder vorliegen kann. Die Zuordnung von Exposition und Wirkung sowie die zugehörigen Wirkungsmechanismen sind für akute Effekte überprüft und auch elektrophysiologisch verstanden. Die Schwellen hierfür werden in der Regel bei im Alltag auftretenden Feldern nicht erreicht. Für die in der Umwelt und im Wohnbe- reich fast ausschließlich vorkommenden niedrigen Feldstärken gibt es aber vor allem im Hinblick auf chronische Wirkungen sehr viele Widersprüchlichkeiten bei den durchgeführten Untersuchungen. Dies führt zu Meinungsverschiedenheiten über die Bewertung derartigen Befunde. Daraus folgt eine erhebliche Bandbreite von Vor- schlägen für zulässige Werte zum Schutz der Bevölkerung und für den Arbeitsschutz.

    Der physikalische Begriff der elektromagnetischen Felder bzw. Wellen umfaßt neben den nieder- und hochfrequenten Feldern zwischen den Frequenzen von 0 Hz bis 300 GHz auch das Licht und die Röntgen- bzw. Gammastrahlung (Bild 1.1). Dieser Leitfaden beschäftigt sich nur mit Feldern im Frequenzbereich von 0 Hz - 300 GHz. Der Frequenzbereich 0 Hz - 30 kHz umfaßt die statischen und niederfrequenten Felder (NF). Der Bereich 30 kHz - 300 GHz wird oft als Hochfrequenz bezeichnet, es ist das Gebiet der Radio- und Mikrowellen. Die Abgrenzung der Bereiche ist international nicht einheitlich definiert (Tabelle 1.1).

  • Tabelle 1: Frequenzbereiche:

    Frequenzbereich Wellenlängenbereich Internationale Bezeichnung von bis von bis

    0 Hz 30 Hz über 100 km Sub ELF

    30 Hz 300 Hz ELF (Extremely Low Frequency)

    300 Hz 3 kHz VF (Voice Frequency)

    3 kHz 30 kHz 100 km 10 km VLF (Very Low Frequency)

    30 kHz 300 kHz 10 km 1 km LF (Low Frequency)

    300 kHz 3 MHz 1000 m 100 m MF (Medium Frequency)

    3 MHz 30 MHz 100 m 10 m HF (High Frequency)

    30 MHz 300 MHz 10 m 1 m VHF (Very High Frequency)

    300 MHz 3 GHz 1m 0,1 m UHF (Ultra High Frequency)

    3 GHz 30 GHz 10 cm 1 cm SHF (Super High Frequency)

    30 GHz 300 GHz 10 mm 1 mm EHF (Extremely High Frequency)

    Der Bereich von 0 bis 30 kHz wird als NF (Niederfrequenz), 30 kHz bis 300 MHz wird vielfach als HF (Hochfrequenz), der Bereich von 0,3 bis 300 GHz als MW (Mikrowelle) bezeichnet.

    Bild 1.1: Elektromagnetisches Spektrum mit für die jeweiligen Frequenzbereiche typischen Quellen und Wirkungen

  • 2. Physikalische Grundlagen

    Der Begriff Feld wird im physikalisch-technischen Sinn für Raumgebiete verwendet, in denen sich eine physikalische Größe als Funktion der Raum- und Zeitkoordinaten darstellen läßt. Falls sich die Größen nicht mit der Zeit ändern spricht man von statischen Feldern.

    2.1 Statisches Feld

    2.1.1 Elektrisches Feld

    Statische elektrische Felder werden durch die Anwesenheit von elektrischen Ladungen im Raum hervorgerufen.

    Bringt man in das elektrische Feld eine kleine ruhende Probeladung q ein, so wirkt auf diese Ladung die Coulomb-Kraft F. Die elektrische Feldstärke E am Ort der Probeladung ist dabei ein Maß für die Stärke der auf die Probeladung wirkenden Kraft:

    F = q # E

    Die Einheit der elektrischen Feldstärke E ist Volt pro Meter V/m. Die elektrische Feldstärke ist wie die Kraft ein Vektor, d.h., sie besitzt einen

    Betrag und eine Richtung. Bild 2.1 zeigt ein schematisches flächenhaftes Feldlinienbild zwischen zwei

    Kugelladungen. Die Dichte der Feldlinien ist dabei ein Maß für den Betrag der Feldstärke, während ihre Tangente die Richtung des Feldstärkevektors in jedem Punkt angibt. Vereinbaru