Grenzwertig

Beim Clubabend über 5G am 18.2. gab es in der Einleitung einen Vergleich von theoretischen errechneten Feldstärken mit den definierten Grenzwerten. Eine endgültige Beurteilung kann nur eine Messung ergeben, weil unsere beispielhaften Rechnungen nicht die komplizierten Leitungsführungen in Wohnungen erfasst.

Elektrische Felder

Unsere Gebäude sind durchzogen von Leitungen, die ständig unter Spannung stehen (230 V), und daher sind wir immer von elektrischen Feldern umgeben. Das elektrische Feld an einem bestimmten Punkt ist immer gleich groß, weil sich Anordnung und Spannung nicht verändern. Loswerden kann man diese Felder nur, wenn man eine schaltbare Unterbrechung in die Stromkreise einbaut.

Wir begegnen elektrischen Feldern aber auch im Freien in der Umgebung von Hochspannungsleitungen.

Magnetische Felder

Elektrische Leitungen lassen ein magnetisches Feld entstehen, wenn sie stromdurchflossen sind. Während das elektrische Feld wegen der konstanten Spannungsverhältnisse immer gleich ist, verändert sich das magnetische Feld einer Leitung mit dem Strom. Das magnetische Feld verschwindet, wenn keine Verbraucher angeschlossen sind, das elektrische Feld bleibt bestehen.

Elektromagnetische Felder

Elektromagnetische Felder bestehen aus einem verketteten elektrischen und magnetischen Feld. Um das Feld zu erzeugen, verwendet man elektrische (Kapazitäten) und magnetische (Induktivitäten) Energiespeicher, die bei Energiezufuhr ähnlich einem Pendel in einer Uhr eine kontinuierliche Schwingung erzeugen, die mittels Antenne abgestrahlt wird.

Die Amplituden der beiden Felder stehen in einem festen Verhältnis E = c₀B. Elektromagnetische Felder sind hochfrequent und können in einem Frequenzbereich hergestellt werden, der über viele Zehnerpotenzen verläuft, beginnend bei Längstwellen, bis hinauf in die kurzwelligen Mikrowellen. Die Telekommunikation arbeitet mit den Frequenzen bis einschließlich des sichtbaren Lichts und diese Frequenzen sind „nicht-ionisierend“, können also keine Veränderungen im atomaren Aufbau der Stoffe bewirken, das können nur die „ionisierenden“ Strahlen, die sich aber im Frequenzbereich oberhalb des sichtbaren Lichts befinden.

Die tieferfrequenten Wellen sind aber deshalb nicht ohne Wirkung, denn sie werden von verschiedenen Stoffen – abhängig von der Frequenz – mehr oder weniger absorbiert und daher die Stoffe erwärmt. Stärkere Absorption bewirkt stärkere Erwärmung. Steigert man die Amplitude der Wellen, kann es zu Verbrennungen kommen, weshalb man zu Sendern einen Sicherheitsabstand einhalten muss.

Grenzwerte

Über den gesamten Frequenzbereich, also beginnend bei unseren tiefen technischen Frequenzen bis 50 Hz bis in den Mikrowellenbereich sind Grenzwerte definiert, deren Größenordnungsverlauf durch die Absorptionseigenschaften des menschlichen Körpers bestimmt sein dürfte.

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Sehr oft hört man, dass die Felder mit dem Quadrat der Entfernung abnehmen würden. Das trifft aber nur für punktförmige Ladungen oder hypothetische punktförmige Magnetpole zu. Da der Energietransport immer über geradlinige Leiter erfolgt, muss man Felder solcher linearen Leiter betrachten. Es ist wahrlich schon lange her, dass ich selbst mit solchen Rechnung zu tun hatte. Konkret war es in einer Vorlesung über die Grundlagen der Elektrotechnik bei Professor Helmuth Hofmann an der TU-Wien. Seine Herangehensweise war auf hohem mathematischen Niveau, und man muss diese Ableitungen auf die einfachere Formelsprache der Techniker herunterbrechen, um sie auch im Alltag anwenden zu können.

Wenn man nun die Formeln für die linienhafte Ladung und den linienhaften Strom betrachtet, fällt als Erstes auf, dass die elektrische und Magnetische Feldstärke indirekt proportional zum Abstand (und nicht quadratisch) abnehmen. Fürchten muss man sich aber deswegen nicht, die sich ergebenden Rechenwerte sind weit davon entfernt, in einem eventuell bedenklichen Bereich zu sein – wie wir noch sehen werden.

Wir betrachten die Situation in einer Wohnung (230 V, 10A, 2 m Abstand) und bei einer Hochspannungsleitung (380 kV, 2000 A, 50 m Abstand). Das sind nur einfachste Annahmen, denn in der Realität sind die Leitungsanordnungen viel komplizierter. Man kann aber die Ergebnisse noch ausreichend oft vervielfachen, ohne dabei in die Nähe des erlaubten Grenzwertes zu geraten.

Elektrisches Feld 50 Hz

Grenzwert   Wohnung  Freileitung
 5000 V/m   8,3 V/m      830 V/m

Magnetisches Feld 50 Hz

Grenzwert   Wohnung  Freileitung
   200 µT       1µT       8,3 µT

Man sieht, dass die Rechenwerte deutlich unter den zulässigen Grenzwerten liegen. Das elektrische Feld in der Nähe von Hochspannungsleitungen kann erheblich sein. Eine Internetpublikation empfiehlt einen Abstand von 1 m pro kV, das wären bei einer 380 kV-Leitung 380 m.

Im Haushalt kommen zu den magnetischen Feldern der Energieversorgung auch noch Streufelder der Haushaltsgeräte, hier eine beispielhafte Auswahl (Quelle Wikipedia):

Elektromagnetische Felder

Die elektromagnetischen Felder sind hochfrequent. Sie werden elektronisch mit Hilfe von LC-Resonanzkreisen und Quarzen erzeugt und beginnen wegen natürlicher Begrenzungen durch Bauteile und Antennendimensionen bei Frequenzen über 1 MHz bis hinauf in den Mikrowellen- und Terahertzbereich. In EM-Feldern sind elektrisches und magnetisches Feld miteinander in Größe und Phase verkettet, daher genügt die Angabe einer der beiden Komponenten, die andere folgt daraus. Es hat sich eingebürgert, bei elektromagnetischen Wellen nicht die Feldstärken V/m und A/m als Größenangabe zu verwenden, sondern die Leistungsdichte in W/m². Für die Technologien im Mikrowellenbereich gilt der Grenzwert von 61 V/m für das elektrische Feld, 0,21 µT für das magnetische Feld und 10 W/m² für die Leistungsdichte.

Es ist also wegen dieser Grenzwerte nicht empfehlenswert, sich an Orten aufzuhalten, die eine Leistungsdichte über 10 W/m² besitzen.

Was erwartet uns dann aber in einer größeren Nähe? Nun dasselbe wie ein unbeabsichtigter Griff auf eine Herdplatte. Man kann sich verbrennen. Solltest Du meinen, dass der Herd eine Wärmequelle und die Mirkowelle eine Strahlungsquelle ist, muss ich Dich enttäuschen, denn beide, sowohl die Herdplatte als auch die Mikrowellenquelle strahlen. Die Mikrowelle ist vergleichsweise tieffrequent, die Herdplatte strahlt um ein paar Größenordnungen darüber. Da aber unsere Erfahrungen mit Feuer bis in die Steinzeit reichen, können wir gut mit Wärme umgehen und wir beherrschen sie gut; vor allem: niemand fürchtet sich vor den Strahlen des Feuers, nur von seiner Hitze. Bei der Mikrowelle ist das aber umgekehrt, denn niemand fürchtet sich von der Hitze der Mikrowelle, aber alle fürchten sich vor deren Strahlung. Das ist eine Tautologie, die Gefahr liegt im Begriff „Strahlung“. Wärme ist dasselbe wie Mikrowelle, nämlich Strahlung, nur in einem tieferen Frequenzbereich.

Ab wann sollten wir also im Umgang mit Mikrowelle vorsichtig sein? Darüber gibt uns Ernst Reinwein in seinem Artikel „Schutzabstand zu Sendeantennen“ Rechenbeispiele und an die wollen wir uns anlehnen.

Unsere Welt ist erfüllt von Mikrowellenstrahlung: Bluetooth, WLAN, Handy, Handymast und dazu kommen noch die gar nicht so geringen Strahlen der Radio- und Fernsehsender. Letztere sind sehr intensiv, weil sie ja – im Vergleich zu den Mikrowellen – eine riesige Fläche zu versorgen haben und die Sendeleistung entsprechend hoch ist (kW bis MW).

Abstand von einer Sendeantenne bei gegebener Leistungsdichte

r = 0,36 * (ERP/P)1/2

Leistungsdichte bei gegebenem Abstand von einer Sendeantenne

P = 0,13 * ERP/r²

r   m Abstand von der Antenne
ERP W Sendeleistung (inklusive Gewinn) 
P   W/m² Leistungsdichte

Erwin hat bei seinen Messungen bei Sichtverbindung zu einem Handymasten und offenem Fenster eine Leistungsdichte von 17.000 µW/m² gemessen.

Rund um unsere Wohnung befinden sich in einem Radius von 200 m acht Handy-Masten. Der Nächste ist in etwa 50 m Entfernung und hat eine Sendeleistung von 140 W. Daraus ergibt sich eine Leistungsdichte von 7.300 µW/m² an unserer Hausmauer, also ein Wert, der sehr gut zu Erwins Messungen passt.

Senderabstand

Die Kurve der Grenzwerte gibt 10 W/m² für Mikrowellen an. Daraus kann man nun berechnen, wie nahe man sich einem Sender nähern darf.

Abstand von der Basisstation

Für den 140W-Sender in meiner Umgebung ergibt sich ein „Respektabstand“ von 1,3 m.

r = 0,36*(ERP/P)1/2 = 0,36*(140/10)1/2 = 1,3 m

Abstand vom Handy

Was für die Basisstation gilt, das muss auch für das Handy gelten, denn Sender ist Sender, nur ist die Sendeleistung 1 W und nicht 140 W.

r = 0,36*(ERP/P)1/2 = 0,36*(1/10)1/2 = 0,11 m

Wenn man also die 10 W/m² als Grenzwert ernst nimmt, dann müssten wir alle das Handy 11 cm vom Kopf entfernt halten, um den Grenzwert von 10 W/m² für die Leistungsdichte einzuhalten. (Bei 2 W Sendeleistung 16 cm).

Hier muss man ergänzen, dass man beim Handy nicht die Leistungsdichte als Grenzmaß verwendet, sondern den SAR-Wert (Spezifische Absorptionsrate), der angibt, wie sehr der Kopf durch die Strahlung erwärmt wird. Gerade noch zulässige Obergrenze ist ein SAR-Wert von 2 W/kg. Als „blauer Engel“ gelten Handys mit einem SAR-Wert von maximal 0,6 W/kg.

Links

• Messungen von E-Smog und Mobilfunk-Feldern (Erwin Kaminek)
• Schutzabstand zu Sendeantennen (Ernst Reinwein)
• Antennenmasten (Ernst Reinwein)
• Was wir bereits über „Strahlung “ gesammelt haben