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Das '''elektromagnetische Feld''' entsteht aufgrund von beschleunigten Ladungen. Es setzt sich zusammen aus dem [[elektrisches Feld|elektrischen 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 | 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''' | [[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 elektromagnetische Wellen abstrahlen. Typische Beispiele sind Rundfunkwellen, Radarwellen oder Solarstrahlung. Aufgrund der beschleunigten elektrischen Ladungen wird auch von [[Elektrodynamik]] gesprochen. 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 mehrerer 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 | |||
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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 [[Elektromagnetisches Spektrum|elektromagnetische Spektrum]]. | |||
[[Datei:Electromagnetic spectrum -de c.svg|800px|zentriert|Übersicht über das elektromagnetische Spektrum, sichtbarer Anteil detailliert]] | |||
== Niederfrequente Felder == | == Niederfrequente Felder == | ||
Im [[Elektromagnetisches Spektrum|elektromagnetischen Spektrum]] sind die niederfrequenten elektrischen und magnetischen Felder im Frequenzbereich zwischen etwa 1 [[Hertz (Einheit)|Hertz]] und < | Im [[Elektromagnetisches Spektrum|elektromagnetischen Spektrum]] sind die niederfrequenten elektrischen und magnetischen Felder im Frequenzbereich zwischen etwa 1 [[Hertz (Einheit)|Hertz]] und < 100 [[Kilohertz]] angesiedelt.<ref>{{Literatur |Titel=Leitfaden Elektromagnetische Felder |Autor=Hans Reidenbach |Hrsg=Fachverband für Strahlenschutz e.V. |Seiten=8 |Online=https://www.fs-ev.org/fileadmin/user_upload/04_Arbeitsgruppen/08_Nichtionisierende_Strahlung/02_Dokumente/Leitfaeden/Leitfaden_Elektromagnetische_Felder-FS-2019-180-AKNIR_20191017_a.pdf#page=8&zoom=100,90,96}}</ref> 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: | Im Alltag treten niederfrequente elektrische und magnetische Felder in folgenden Bereichen auf: | ||
* | * [[Stromversorgungsleitung|Stromversorgung]] (z. B. [[Hochspannungsleitung]]en), Frequenz 50 Hz | ||
* [[Haushaltsgerät | * [[Haushaltsgerät]]e und [[Elektroinstallation]]en im Haus | ||
* | * elektrifizierte Verkehrssysteme wie [[Eisenbahn]]en, Frequenz 16,7 Hz | ||
== Hochfrequente Felder == | == Hochfrequente Felder == | ||
Durch den Einsatz moderner Funktechnologien entstehen in der Umwelt des Menschen hochfrequente elektromagnetische 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 [[Elektrisches Feld|elektrische Feld]] als auch das [[Magnetisches Feld|magnetische Feld]] zwischen zigtausend und mehreren Milliarden Mal in der Sekunde ihre Richtung. Demzufolge besteht eine sehr enge Kopplung von [[Magnetisch|magnetischer]] und [[Elektrisch|elektrischer]] Komponente. | 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 [[Elektrisches Feld|elektrische Feld]] als auch das [[Magnetisches Feld|magnetische Feld]] zwischen zigtausend und mehreren Milliarden Mal in der Sekunde ihre Richtung. Demzufolge besteht eine sehr enge Kopplung von [[Magnetisch|magnetischer]] und [[Elektrisch|elektrischer]] Komponente. | ||
Hochfrequente elektromagnetische Felder werden zur Übertragung von Bild, Ton und [[Datenübertragung|Daten]] in folgenden modernen [[Kommunikationsmittel | Hochfrequente elektromagnetische Felder werden zur Übertragung von Bild, Ton und [[Datenübertragung|Daten]] in folgenden modernen [[Kommunikationsmittel]]n genutzt: | ||
* [[Rundfunk]] und [[Fernsehen]] | * [[Rundfunk]] und [[Fernsehen]] | ||
* [[Schnurlostelefon|Schnurlose Telefone]] ([[DECT]]) | * [[Schnurlostelefon|Schnurlose Telefone]] ([[DECT]]) | ||
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* [[Babyphone]] | * [[Babyphone]] | ||
* [[Wireless LAN]] (WLAN) und [[Bluetooth]] zur Vernetzung von Computern untereinander und mit Peripherie-Geräten | * [[Wireless LAN]] (WLAN) und [[Bluetooth]] zur Vernetzung von Computern untereinander und mit Peripherie-Geräten | ||
* [[Polizei]] und [[Feuerwehr]] nutzen ein eigenes [[Funknetz]] zur Kommunikation über größere Entfernungen | * [[Polizei]] und [[Feuerwehr]] nutzen ein eigenes [[Funknetz]] [[Terrestrial Trunked Radio|TETRA]] zur Kommunikation über größere Entfernungen. | ||
== 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.<ref name=":0">{{Internetquelle |autor=Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA) |url=https://www.dguv.de/ifa/fachinfos/strahlung/elektromagnetische-felder/index.jsp |titel=Elektromagnetische Felder – Themenschwerpunkte und Projekte|zugriff=2019-02-12}}</ref> | |||
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.<ref name=":0" /> | |||
== | Der Forschungsbericht ''Elektromagnetische Felder am Arbeitsplatz'' bietet weiterführende Informationen zu den physikalischen und physiologischen Hintergründen der Exposition gegenüber elektromagnetischen Feldern.<ref>{{Internetquelle |autor=Bundesministerium für Arbeit und Soziales (BMAS) |url=https://www.bmas.de/DE/Service/Medien/Publikationen/Forschungsberichte/fb400-elektromagnetische-felder.html |titel=Forschungsbericht Elektromagnetische Felder am Arbeitsplatz|zugriff=2019-02-12}}</ref> | ||
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}}</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. | |||
== Historie == | |||
Der deutsche Physiker [[Heinrich Hertz]] konnte 1888 die von [[James Clerk Maxwell]] in seinem Artikel ''[[Eine dynamische Theorie des elektromagnetischen Feldes]]'' 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: [[Alexander Stepanowitsch Popow|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<ref>{{Patent| Land=GB| V-Nr=189612039| Code=A| Titel=Improvements in Transmitting Electrical Impulses and Signals, and in Apparatus therefor| A-Datum=1896-06-02| V-Datum=1897-07-02| Erfinder=Guglielmo Marconi}}</ref> | |||
* 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 | |||
== | == Literatur == | ||
* James Clerk Maxwell: ''A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field'', Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Band 155, 1865, S. 459–512. | |||
** Reprint: Thomas F. Torrance (Hrsg.): Maxwell: ''A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field'', Wipf and Stock, Eugene (Oregon) 1996 | |||
** wieder abgedruckt in: {{cite book |last=Niven |first=W. D. |title=The Scientific Papers of James Clerk Maxwell |publisher=Dover |location=New York |year=1952 |volume=Vol. 1}} | |||
* {{cite web |last=Johnson |first=Kevin |url=http://www-gap.dcs.st-and.ac.uk/~history/Projects/Johnson/Chapters/Ch4_4.html |title=The electromagnetic field |month=May |year=2002 |work=James Clerk Maxwell – The Great Unknown |accessdate=Sept. 7, 2009}} | |||
== Einzelnachweise == | |||
<references /> | |||
{{Normdaten|TYP=s|GND=4014305-3}} | |||
[[Kategorie:Elektrodynamik]] | [[Kategorie:Elektrodynamik]] | ||
Aktuelle Version vom 15. Januar 2022, 14:08 Uhr
Das elektromagnetische Feld entsteht aufgrund von beschleunigten Ladungen. Es setzt sich zusammen aus dem elektrischen 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]
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 elektromagnetische Wellen abstrahlen. Typische Beispiele sind Rundfunkwellen, Radarwellen oder Solarstrahlung. Aufgrund der beschleunigten elektrischen Ladungen wird auch von Elektrodynamik gesprochen. 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 mehrerer 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
- $ \lambda ={\frac {c}{f}}\ , $
bestimmt werden, wobei $ c $ die Phasengeschwindigkeit und $ f $ die Frequenz der Welle ist. Folgendes Bild gibt eine Übersicht über das gesamte elektromagnetische Spektrum.
Niederfrequente Felder
Im elektromagnetischen Spektrum sind die niederfrequenten elektrischen und magnetischen Felder im Frequenzbereich zwischen etwa 1 Hertz und < 100 Kilohertz angesiedelt.[3] 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:
- Stromversorgung (z. B. Hochspannungsleitungen), Frequenz 50 Hz
- Haushaltsgeräte und Elektroinstallationen im Haus
- elektrifizierte Verkehrssysteme wie Eisenbahnen, Frequenz 16,7 Hz
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:
- Rundfunk und Fernsehen
- Schnurlose Telefone (DECT)
- Mobilfunk
- Babyphone
- Wireless LAN (WLAN) und Bluetooth zur Vernetzung von Computern untereinander und mit Peripherie-Geräten
- Polizei und Feuerwehr nutzen ein eigenes Funknetz TETRA zur Kommunikation über größere Entfernungen.
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.[4]
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.[4]
Der Forschungsbericht Elektromagnetische Felder am Arbeitsplatz bietet weiterführende Informationen zu den physikalischen und physiologischen Hintergründen der Exposition gegenüber elektromagnetischen Feldern.[5]
Eine technische Bewertung der vorliegenden Arbeitsbelastungen kann mit dem Fragebogen „EMF-Bewertung“[6] 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 in seinem Artikel Eine dynamische Theorie des elektromagnetischen Feldes 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[7]
- 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
Literatur
- James Clerk Maxwell: A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field, Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Band 155, 1865, S. 459–512.
- Reprint: Thomas F. Torrance (Hrsg.): Maxwell: A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field, Wipf and Stock, Eugene (Oregon) 1996
- wieder abgedruckt in: W. D. Niven: The Scientific Papers of James Clerk Maxwell, Band Vol. 1. Dover, New York 1952.
- Kevin Johnson: The electromagnetic field. In: James Clerk Maxwell – The Great Unknown. May 2002. Abgerufen im Sept. 7, 2009.
Einzelnachweise
- ↑ 1,0 1,1 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.
- ↑ James Clerk Maxwell: A Dynamical Theorie of the Elektromagnetic Field. royalsocietypublishing, London 27. Oktober 1864, doi:10.1098/rstl.1865.0008.
- ↑ Hans Reidenbach: Leitfaden Elektromagnetische Felder. Hrsg.: Fachverband für Strahlenschutz e.V. S. 8 (fs-ev.org [PDF]).
- ↑ 4,0 4,1 Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA): Elektromagnetische Felder – Themenschwerpunkte und Projekte. Abgerufen am 12. Februar 2019.
- ↑ Bundesministerium für Arbeit und Soziales (BMAS): Forschungsbericht Elektromagnetische Felder am Arbeitsplatz. Abgerufen am 12. Februar 2019.
- ↑ EU-Kommission: EMF-Bewertung. emfeld GmbH, abgerufen am 3. Juli 2019.
- ↑ Patent GB189612039A: Improvements in Transmitting Electrical Impulses and Signals, and in Apparatus therefor. Angemeldet am 2. Juni 1896, veröffentlicht am 2. Juli 1897, Erfinder: Guglielmo Marconi.
