„Elektromagnetisches Feld“ – Versionsunterschied

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Das '''elektromagnetische Feld''' entsteht aufgrund von beschleunigten Ladungen. Es setzt sich zusammen aus dem [[elektrisches Feld|elektrischem Feld]] und dem [[Magnetismus|magnetischen Feld]] wobei beide über die [[Maxwell-Gleichungen]] verknüpft sind. Ein elektromagnetisches Feld wird auch als [[elektromagnetische Welle]] bezeichnet, die sich im [[Vakuum]] mit [[Lichtgeschwindigkeit]] ausbreitet. <ref Name=Schwab>{{Literatur | Autor={{Literatur |Titel=Begriffswelt der Feldtheorie |Autor=Adolf J. Schwab |Hrsg= |Auflage=8 |Verlag=Springer Vieweg |Ort=Berlin |Datum=2019-01-07 |ISBN=978-3662583913 |Seiten=1 ff |DOI=10.1007/978-3-662-58392-0_1}}</ref><ref>{{Literatur |Titel=A Dynamical Theorie of the Elektromagnetic Field |Autor=[[James Clerk Maxwell]] |Verlag=royalsocietypublishing |Ort=London |Datum=1864-10-27 |DOI=10.1098/rstl.1865.0008}}</ref>
Das '''elektromagnetische Feld''' gehört zum Bereich der [[Nicht ionisierende Strahlung|nicht ionisierenden Strahlung]]. Man unterscheidet diese Felder in elektromagnetisch hochfrequente und niederfrequente. Im Vergleich zu niederfrequenten Feldern zeichnen sich hochfrequente durch eine höhere [[Frequenz]] und somit eine geringere [[Wellenlänge]] aus.
[[Datei:James Clerk Maxwell big.jpg|mini|hochkant=1.2|James Clerk Maxwell]]
== Einführung ==
Elektrische oder magnetische Felder können einzeln existieren oder miteinander gekoppelt sein. Im letzteren Fall spricht man von elektromagnetischen Feldern oder [[elektromagnetische Welle|elektromagnetischen Wellen]]. Sie verdanken ihre Entstehung beschleunigten oder verzögerten elektrischen Ladungen außerhalb oder innerhalb von Leitern. Im letzteren Fall spricht man von Antennen, die elektrische Wellen abstrahlen. Typische Beispiele sind Rundfunkwellen, Radarwellen oder Solarstrahlung.
Mit Ausnahme des sichtbaren Teils des Spektrums elektromagnetischer Wellen, der bekanntlich Licht genannt wird, besitzt der Mensch nach heutigem Kenntnisstand (2021) keine dedizierten Sinnesorgane, um elektro- oder magnetische Felder oder elektromagnetische Wellen wahrzunehmen. Mangels eigener Wahrnehmung werden Felder daher meistens durch abstrakte mathematische Modelle in Form skalarer und vektorieller Ortsfunktionen mehrer unabhängiger Variablen dargestellt beziehungsweise veranschaulicht.<ref name=Schwab/>
Elektromagnetische Wellen werden in den Modellen als sinusförmige Welle dargestellt und durch eine Frequenz beschrieben. Die [[Wellenlänge]] kann über die Formel
:<math>\lambda=\frac cf\ ,</math>
bestimmt werden, wobei <math>c</math> die [[Phasengeschwindigkeit]] und <math>f</math> die [[Frequenz]] der Welle ist. Folgendes Bild gibt eine Übersicht über das gesamte [[elektromagnetische Spektrum]].

[[Datei:Electromagnetic spectrum -de c.svg|800px|zentriert|Übersicht über das elektromagnetische Spektrum, sichtbarer Anteil detailliert]]



== Niederfrequente Felder ==
== Niederfrequente Felder ==
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* [[Polizei]] und [[Feuerwehr]] nutzen ein eigenes [[Funknetz]] [[Terrestrial Trunked Radio|TETRA]] zur Kommunikation über größere Entfernungen.
* [[Polizei]] und [[Feuerwehr]] nutzen ein eigenes [[Funknetz]] [[Terrestrial Trunked Radio|TETRA]] zur Kommunikation über größere Entfernungen.


== Entstehung ==
Das Feld wird in einem [[Schwingkreis]] angeregt. Die elektrische Energie in diesem Schwingkreis verlagert sich zwischen dem elektrischen Feld und dem magnetischen Feld. Als Energiespeicher dient ein [[Kondensator (Elektrotechnik)|Kondensator]] für das elektrische Feld und eine [[Spule (Elektrotechnik)|Spule]] für das magnetische Feld. Der Rhythmus dieser Verlagerung wird als [[Frequenz]] (Hz) bezeichnet.

Das elektromagnetische Wechselfeld hat die Eigenschaft, den Schwingkreis über eine Antenne zu verlassen und als [[elektromagnetische Welle]] in den Raum zu strahlen ([[Sendeanlage]]).

Falsch ist jedoch die Annahme, dass sich eine elektromagnetische Welle erst im HF-Bereich (Hochfrequenz) ab 30 kHz von einer Antenne ablöst.
„Als Längstwellen (engl. Very Low Frequency kurz VLF, nicht zu verwechseln mit Längswellen) bezeichnet man elektromagnetische Wellen im Frequenzbereich unter 30 kHz.“
(Siehe: [[Längstwelle]])

== Wirkungen ==
Elektromagnetische Felder gehören zur nichtionisierenden Strahlung. Die [[Photonen]] der nichtionisierenden Strahlung besitzen im Gegensatz zur [[Ionisierende Strahlung|ionisierenden Strahlung]] nicht genügend Energie, um [[Atom]]e und [[Molekül]]e zu ionisieren, das heißt aus der Hülle [[Elektron]]en herauszuschlagen und damit positiv geladene Teilchen ([[Kation]]en) zu erzeugen. Dies bedeutet unter anderem, dass im Gegensatz zum Beispiel zur [[Röntgenstrahlung]] ihre Energie zu gering ist, um das [[Erbmaterial]] direkt zu schädigen und damit unmittelbar an der Entstehung von [[Krebs (Medizin)|Krebs]] beteiligt zu sein.

Elektromagnetische Felder können aber auf anderem Wege gesundheitliche Schäden auslösen:

* Niederfrequente elektrische und magnetische Felder können elektrische Felder und Ströme im Körper erzeugen.
* Durch hochfrequente elektromagnetische Felder kann [[Gewebe (Biologie)|biologisches Gewebe]] erwärmt werden.


== Elektromagnetische Felder am Arbeitsplatz ==
== Elektromagnetische Felder am Arbeitsplatz ==
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Eine technische Bewertung der vorliegenden Arbeitsbelastungen kann mit dem Fragebogen „EMF-Bewertung“<ref>{{Internetquelle |autor=EU Kommission |url=https://www.emfeld.de/emf-test/ |titel=EMF-Bewertung |hrsg=emfeld GmbH |abruf=2019-07-03 |sprache=de}}</ref> basierend auf dem Leitfaden der EU Kommission durchgeführt werden. Eine Empfehlung der weiteren Vorgehensweise und eventuelle Schutzmaßnahmen lassen sich mit der Richtlinie 2013/35/EU aussprechen.
Eine technische Bewertung der vorliegenden Arbeitsbelastungen kann mit dem Fragebogen „EMF-Bewertung“<ref>{{Internetquelle |autor=EU Kommission |url=https://www.emfeld.de/emf-test/ |titel=EMF-Bewertung |hrsg=emfeld GmbH |abruf=2019-07-03 |sprache=de}}</ref> basierend auf dem Leitfaden der EU Kommission durchgeführt werden. Eine Empfehlung der weiteren Vorgehensweise und eventuelle Schutzmaßnahmen lassen sich mit der Richtlinie 2013/35/EU aussprechen.


== Erforschung ==
== Historie ==
Der deutsche Physiker [[Heinrich Hertz]] konnte 1888 die von [[James Clerk Maxwell]] theoretisch vorausgesagte elektromagnetische Welle experimentell nachweisen. Im Februar 1892 schrieb Sir William Crookes unter dem Titel "Some Possibilities of Electricity": ''„Es ergibt sich hier die Möglichkeit, einer Telegraphie ohne Drähte.“'' Der Engländer Preece demonstrierte 1896 mit Hilfe eines Marconischen Senders und Empfängers dies in London.
Der deutsche Physiker [[Heinrich Hertz]] konnte 1888 die von [[James Clerk Maxwell]] theoretisch vorausgesagte elektromagnetische Welle experimentell nachweisen. Im Februar 1892 schrieb Sir William Crookes unter dem Titel "Some Possibilities of Electricity": ''„Es ergibt sich hier die Möglichkeit, einer Telegraphie ohne Drähte.“'' Der Engländer Preece demonstrierte 1896 mit Hilfe eines Marconischen Senders und Empfängers dies in London.


Version vom 8. März 2021, 09:45 Uhr

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Das elektromagnetische Feld entsteht aufgrund von beschleunigten Ladungen. Es setzt sich zusammen aus dem elektrischem Feld und dem magnetischen Feld wobei beide über die Maxwell-Gleichungen verknüpft sind. Ein elektromagnetisches Feld wird auch als elektromagnetische Welle bezeichnet, die sich im Vakuum mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. [1][2]

James Clerk Maxwell

Einführung

Elektrische oder magnetische Felder können einzeln existieren oder miteinander gekoppelt sein. Im letzteren Fall spricht man von elektromagnetischen Feldern oder elektromagnetischen Wellen. Sie verdanken ihre Entstehung beschleunigten oder verzögerten elektrischen Ladungen außerhalb oder innerhalb von Leitern. Im letzteren Fall spricht man von Antennen, die elektrische Wellen abstrahlen. Typische Beispiele sind Rundfunkwellen, Radarwellen oder Solarstrahlung. Mit Ausnahme des sichtbaren Teils des Spektrums elektromagnetischer Wellen, der bekanntlich Licht genannt wird, besitzt der Mensch nach heutigem Kenntnisstand (2021) keine dedizierten Sinnesorgane, um elektro- oder magnetische Felder oder elektromagnetische Wellen wahrzunehmen. Mangels eigener Wahrnehmung werden Felder daher meistens durch abstrakte mathematische Modelle in Form skalarer und vektorieller Ortsfunktionen mehrer unabhängiger Variablen dargestellt beziehungsweise veranschaulicht.[1] Elektromagnetische Wellen werden in den Modellen als sinusförmige Welle dargestellt und durch eine Frequenz beschrieben. Die Wellenlänge kann über die Formel

bestimmt werden, wobei die Phasengeschwindigkeit und die Frequenz der Welle ist. Folgendes Bild gibt eine Übersicht über das gesamte elektromagnetische Spektrum.

Übersicht über das elektromagnetische Spektrum, sichtbarer Anteil detailliert
Übersicht über das elektromagnetische Spektrum, sichtbarer Anteil detailliert


Niederfrequente Felder

Im elektromagnetischen Spektrum sind die niederfrequenten elektrischen und magnetischen Felder im Frequenzbereich zwischen etwa 1 Hertz und < 9 Kilohertz angesiedelt. Im Gegensatz zu hochfrequenten elektromagnetischen Feldern treten bei niederfrequenten Feldern deutlich weniger Richtungswechsel des elektrischen Feldes und des magnetischen Feldes auf. Im Alltag treten niederfrequente elektrische und magnetische Felder in folgenden Bereichen auf:

Hochfrequente Felder

Durch den Einsatz moderner Funktechnologien entstehen in der Umwelt des Menschen hochfrequente elektromagnetische Felder. Im elektromagnetischen Spektrum sind die hochfrequenten elektromagnetischen Felder im Frequenzbereich zwischen etwa 100 Kilohertz und 300 Gigahertz angesiedelt. Im Gegensatz zu niederfrequenten Feldern wechseln bei hochfrequenten Feldern sowohl das elektrische Feld als auch das magnetische Feld zwischen zigtausend und mehreren Milliarden Mal in der Sekunde ihre Richtung. Demzufolge besteht eine sehr enge Kopplung von magnetischer und elektrischer Komponente.

Hochfrequente elektromagnetische Felder werden zur Übertragung von Bild, Ton und Daten in folgenden modernen Kommunikationsmitteln genutzt:


Elektromagnetische Felder am Arbeitsplatz

Die Exposition von Beschäftigten gegenüber elektromagnetischen Feldern an Büroarbeitsplätzen durch die dort vorhandenen Elektrogeräte (Computer, Bildschirme) ist aufgrund der geringen Feldstärken zu vernachlässigen. Bei anderen Feldquellen, z. B. an Anlagen zum induktiven Härten und Schmelzen oder an Schweißeinrichtungen, sind wesentlich höhere Frequenzen und Feldstärken möglich, die einer genaueren Betrachtung bedürfen.[3]

Die Ergebnisse der Berechnung oder Messung elektromagnetischer Felder am Arbeitsplatz bilden die Basis für die Beurteilung möglicher Gefährdungen für die Beschäftigten am Arbeitsplatz und zur Festlegung von Schutzmaßnahmen. Arbeitsplätze von Beschäftigten mit passiven oder aktiven Implantaten müssen bei der Gefährdungsbeurteilung grundsätzlich gesondert betrachtet werden.[3]

Der Forschungsbericht „Elektromagnetische Felder am Arbeitsplatz“, bietet weiterführende Informationen zu den physikalischen und physiologischen Hintergründen der Exposition gegenüber elektromagnetischen Feldern.[4]

Eine technische Bewertung der vorliegenden Arbeitsbelastungen kann mit dem Fragebogen „EMF-Bewertung“[5] basierend auf dem Leitfaden der EU Kommission durchgeführt werden. Eine Empfehlung der weiteren Vorgehensweise und eventuelle Schutzmaßnahmen lassen sich mit der Richtlinie 2013/35/EU aussprechen.

Historie

Der deutsche Physiker Heinrich Hertz konnte 1888 die von James Clerk Maxwell theoretisch vorausgesagte elektromagnetische Welle experimentell nachweisen. Im Februar 1892 schrieb Sir William Crookes unter dem Titel "Some Possibilities of Electricity": „Es ergibt sich hier die Möglichkeit, einer Telegraphie ohne Drähte.“ Der Engländer Preece demonstrierte 1896 mit Hilfe eines Marconischen Senders und Empfängers dies in London.

Weitere Personen, die an der Erforschung des elektromagnetischen Wechselfeldes und der elektromagnetischen Welle beteiligt waren:

  • 1890 – Édouard Branly – Physiker und Chemiker – Paris
  • 1890 – Sir Oliver Lodge – Professor – England
  • 1894 – Professor Augusto Righi – Universität Bologna – Vorlesung über elektromagnetische Wellen
  • 1894 – Guglielmo Marconi (1874–1937) – Universität Bologna – Teilnehmer an der Vorlesung
  • 1895 – Alexandr Popow – 250 m drahtlose Übertragung zwischen Sender u. Empfänger
  • 1896 – Guglielmo Marconi (geb. 1874) – britisches Patent (Nr. 12039) auf dem Gebiet der drahtlosen Telegraphie
  • 1882 – William Henry Preece, Faraday
  • 1897 – William Henry Preece, Faraday, Adolf Slaby – 5,5 km Funkverbindung
  • 13. Mai 1897 Geburtsstunde der drahtlosen Telegraphie
  • 1901 – Guglielmo Marconi (geb. 1874) – überbrückt den Atlantik per Funk

Einzelnachweise

  1. ↑ a b {{Literatur | Autor=Adolf J. Schwab: Begriffswelt der Feldtheorie. 8. Auflage. Springer Vieweg, Berlin 2019, ISBN 978-3-662-58391-3, S. 1 ff., doi:10.1007/978-3-662-58392-0_1.
  2. ↑ James Clerk Maxwell: A Dynamical Theorie of the Elektromagnetic Field. royalsocietypublishing, London 27. Oktober 1864, doi:10.1098/rstl.1865.0008.
  3. ↑ a b Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA): Elektromagnetische Felder – Themenschwerpunkte und Projekte. Abgerufen am 12. Februar 2019.
  4. ↑ Bundesministerium für Arbeit und Soziales (BMAS): Forschungsbericht "Elektromagnetische Felder am Arbeitsplatz". Abgerufen am 12. Februar 2019.
  5. ↑ EU Kommission: EMF-Bewertung. emfeld GmbH, abgerufen am 3. Juli 2019.
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