Wenn von elektromagnetischen Feldern gesprochen wird, finden zwangsläufig technische und physikalische Begriffe Verwendung. Wir geben hier einige allgemeine Erläuterungen, um dem Leser seine Aufgabe zu erleichtern.
Dreiphasige Spannung
Elektrische Spannung
Elektrisches Feld
Elektromagnetische Welle
Elektromagnetisches Feld
Elektromagnetisches Spektrum
Extrem niedrige Frequenzen (ELF, Extremely Low Frequencies)
Felder
Frequenz
Funkfrequenzen (RF, Radio Frequencies)
Infrarotes Licht (IR)
Ionisierende Strahlung
Leistung
Magnetfeld
Mikrowellen
Mittelfrequenzen (MF)
Nicht ionisierende Strahlung
Optische Strahlung
Phase
Photonen
Strahlen
Stromstärke
Ultraviolettes Licht (UV oder UV-Strahlen)
Wellenlänge
Dreiphasige Spannung
Der Generator eines Stromkraftwerks besitzt drei getrennte Spulen, die zueinander im Raum um jeweils 120° versetzt sind. Dreht sich der Generator nacheinander um die Spulen, erreichen die erzeugten Spannungen ihr Maximum nicht gleichzeitig: die drei Spannungen sind um 120° phasenverschoben. Daher auch die Bezeichnung dreiphasig.
Abb. 1
Elektrische Spannung
Es handelt sich um den Potentialunterschied zwischen zwei Punkten oder die Arbeit, die geleistet werden muss, um eine elektrische Ladung von einem Punkt zu einem anderen zu bewegen. Die elektrische Spannung wird in Volt (V) gemessen. Daher wird die Spannung auch oft als Voltzahl bezeichnet. Bei Hochspannung wird als Einheit oft Kilovolt verwendet (1 kV = 1.000 Volt).
Elektrisches Feld, E
Elektrische Ladungen erzeugen ein elektrisches Feld. Daher gibt es um jede Steckdose ein elektrisches Feld. Die Stärke des Magnetfeldes nimmt mit zunehmender Entfernung zur Quelle stark ab. Je höher die Spannung in den Kabeln, desto stärker ist das elektrische Feld. Das elektrische Feld wird gemessen in Volt pro Meter (V/m).
Elektromagnetische Welle, elektromagnetisches Feld
Bei sehr niedrigen Frequenzen (zum Beispiel 50 Hz) werden elektrisches Feld und Magnetfeld als getrennt betrachtet. Bei hohen Frequenzen werden elektrisches Feld und Magnetfeld in ihrer Gesamtheit als eine Elektromagnetische Welle oder ein elektromagnetisches Feld angesehen. In der elektromagnetischen Welle breiten sich der elektrische Anteil und der magnetische Anteil räumlich im rechten Winkel zueinander aus.
Abb. 2
Elektromagnetisches Spektrum
Funkwellen, Infrarotstrahlung, sichtbares Licht, ultraviolette Strahlung, Röntgenstrahlung, Gamma-Strahlung usw. sind alle elektromagnetische Wellen. Lediglich ihre Frequenz schwankt: je schneller die Wellen aufeinander folgen, desto höher ist die Frequenz. Die Frequenz bestimmt den Typ, die spezifischen Merkmale und die Anwendung elektromagnetischer Wellen. Unser Körper reagiert unterschiedlich auf verschiedene Wellenfrequenzen. Die Gesamtheit der elektromagnetischen Wellen wird elektromagnetisches Spektrum genannt. Dieses Spektrum umfasst sowohl ionisierende wie nicht ionisierende Strahlung, je nach Frequenz, d.h. Photonenenergie.
Abb. 3
Quelle : FÖD Wirtschaft
Extrem niedrige Frequenzen (ELF, Extremely Low Frequencies)
So werden Frequenzen zwischen 0 Hz und 300 Hz bezeichnet. Quellen in unserer Umwelt sind Hochspannungsleitungen und andere elektrische Einrichtungen, elektrische Geräte, Elektrofahrzeuge, usw.
Frequenz
Die Frequenz einer elektromagnetischen Welle ist die Anzahl der Wellenscheitel, die an einer bestimmten Stelle pro Sekunde gemessen wird. Ein Zyklus pro Sekunde entspricht einem Hertz (Hz). Für hohe Frequenzen werden abgeleitete Einheiten verwendet: Kilohertz (1 kHz = 1.000 Hertz), Megahertz (1 MHz = 1 Million Hertz), Gigahertz (1 GHz = 1 Milliarde Hertz).
Funkfrequenzen (RF) und Mikrowellen
Funkwellen haben eine Frequenz zwischen 100 kHz und 300 GHz. Mikrowellen gehören zu den Funkwellen. Funkwellen werden für die Übertragung von Radio und Fernsehen verwendet, für Radarsignale in der Luftfahrt, in der Verkehrskontrolle, für Mobiltelefonie usw.
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Infrarotes Licht (IR)
Infrarotlicht (IR) ist eine unsichtbare optische Strahlung, deren Wellenlänge länger ist als die des sichtbaren Lichts. Im elektromagnetischen Spektrum befindet es sich direkt unterhalb des roten Lichts, daher die Bezeichnung infrarot. Je nach Wellenlänge werden drei Arten unterschieden: IRA, IRB und IRC oder nahes Infrarot, mittleres Infrarot und fernes Infrarot. Wir können die Infrarotstrahlung nicht sehen, sie allerdings als Wärme auf der Haut spüren. Obwohl unsichtbar, kann Infrarotlicht unsere Augen schädigen.
Ionisierende Strahlung
Energiereiche Photonen können Elektronen aus den Atomen und Molekülen herausschlagen, auf die sie treffen. Die Atome und Moleküle sind damit elektrisch aufgeladen. Das nennt man Ionisierung. Röntgenstrahlen, Gamma-Strahlen und ein Teil der ultravioletten Strahlen sind Teil der ionisierenden Strahlung (vgl. auch elektromagnetische Spektrum).
Leistung
Die Leistung hängt von der Spannung und der Stromstärke ab und spiegelt den Energieverbrauch je Zeiteinheit wider. Die Leistung wird in Watt (W) ausgedrückt, daher spricht man auch von der Wattleistung eines Geräts. In der Praxis wird als Einheit auch Milliwatt verwendet (1 Milliwatt = 1 Tausendstel Watt, 1 mW = 0,001 W).
Magnetfeld, B oder H
Fließt Strom durch die Drähte, wenn Elektrizität verbraucht wird (zum Beispiel beim Einschalten einer Lampe oder bei der Benutzung eines Staubsaugers), bewegen sich die elektrischen Ladungen und erzeugen ein Magnetfeld um die Kabel und das Gerät (diese Erscheinung wird als Induktion bezeichnet). Die Stärke des Magnetfeldes nimmt mit zunehmender Entfernung zur Quelle stark ab. Die Stärke des Magnetfeldes hängt von der Stromstärke ab. Das Magnetfeld wird in Tesla (T) gemessen, jedoch sind die Magnetfelder in unserer Umgebung generell so klein, dass die Einheit Mikrotesla verwendet wird (1 Mikrotesla = 1 Millionstel Tesla, 1 µT = 0,000001 T).
Mittelfrequenzen (MF)
Es handelt sich um Frequenzen zwischen 300 Hz und 100 Hz. Quellen sind zum Beispiel Diebstahlschutz- und Identifizierungssysteme.
Nicht ionisierende Strahlung
Die nicht ionisierende Strahlung umfasst die elektromagnetischen Wellen, deren Photonenenergie zu schwach ist, um eine Ionisierung zu bewirken. Das niederfrequente ultraviolette Licht, das sichtbare Licht, Infrarotstrahlung, Funkwellen, elektromagnetische Felder mit mittlerer und extrem niedriger Frequenz (ENF- und ELF-Felder) sind Teil der nicht ionisierenden Strahlung. Elektromagnetische Strahlung aus künstlichen Quellen - Elektrizität, Mikrowellenherd, Handy - sind ebenfalls Teil dieses Spektrums (vgl. auch elektromagnetisches Spektrum).
Optische Strahlung
Optische Strahlung umfasst nicht nur das sichtbare Licht, sondern auch das UV- und das Infrarot-Licht. Selbst wenn wir UV- und IR-Strahlung nicht sehen, kann sie, wenn die Exposition zu stark oder zu lang ist, unsere Augen schädigen. Ebenso kann optische Strahlung schädlich für die Haut sein.
Phase
Die Phase drückt die Verschiebung einer Welle gegenüber einer anderen aus. Ausgedrückt wird die Phase in Grad oder Wellenlängen (1 Wellenlänge = 360°). Schwingen zwei Wellen gleich, ist der Phasenwinkel null. Die Wellen sind also gleichphasig. Sind sie es nicht, sind sie phasenverschoben. Entspricht der Phasenabstand zweier Wellen der Hälfte der Wellenlänge (also 180°), sind sie gegenphasig. Zwei gegenphasige Wellen löschen sich gegenseitig aus.
Abb. 4 Gleichphasige Wellen
Abb. 5 Phasenverschobene Wellen
Photonen
Eine elektromagnetische Welle transportiert Energie in kleinen Gruppen, die Photonen genannt werden. Umso höher die Frequenz, desto höher die Photonenenergie.
Strahlen/Felder
Allgemein verwendet man den Begriff Strahlen für hohe Frequenzen: in diesem Fall liegt eine Energieübertragung (Energiefluss) im Raum vor. Bei niedrigen Frequenzen ist die Energieübertragung insignifikant. Daher spricht man hier von Feldern, auch wenn das Wort ebenfalls für hohe Frequenzen verwendet wird.
Stromstärke
Es handelt sich um die Menge der elektrischen Ladung, die pro Zeiteinheit fließt. Sie wird in Ampere (A) gemessen.
Ultraviolettes Licht (UV oder UV-Strahlen)
Ultraviolettes Licht (UV) ist eine unsichtbare optische Strahlung, deren Wellenlänge länger ist als die des sichtbaren Lichts. Im elektromagnetischen Spektrum befindet es sich neben dem violetten Licht, daher die Bezeichnung ultraviolett. Je nach Wellenlänge unterscheidet man drei Arten von UV-Strahlen: UVA, UVB und UVC. UVA haben die längste Wellenlänge, UVC die kürzeste. Je kürzer die Wellenlänge, desto höher die Energie und desto schädigender die Wirkung für die Augen. UVB sind also schädigender als UVA. UVC sind nicht schädigender als UVB, doch werden sie zum Glück von der Atmosphäre zurückgehalten.
Wellenlänge
Der Abstand zweier Wellenscheitel bezeichnet die Wellenlänge (ausgedrückt in Meter, Millimeter, Mikrometer, ...). Umso höher die Frequenz, desto kürzer die Wellenlänge.