Elektromagnetisches Feld
Abkürzung: EMF
Ein elektromagnetisches Feld entsteht, wenn sich elektrische und magnetische Felder gegenseitig erzeugen. Ändert sich ein elektrisches Feld, entsteht ein magnetisches, und umgekehrt. Bei ausreichend hoher Frequenz lösen sich die beiden Felder von der Antenne und breiten sich als Welle mit Lichtgeschwindigkeit aus. Auf diesem Prinzip beruht jede Funkübertragung, vom Rundfunk über Wireless LAN bis zum Mobilfunk.
In Umweltrecht und Strahlenschutz steht EMF als Sammelbegriff für alle künstlichen elektrischen, magnetischen und elektromagnetischen Felder, also auch für die Felder einer Stromleitung, die sich nicht als Welle ausbreiten. In diesem Sinn verwenden die Bundesnetzagentur und das Bundesamt für Strahlenschutz den Begriff. Die EMF-Karte der Bundesnetzagentur zeigt die Funkanlagen mit ihren Sicherheitsabständen; wie man sie liest, erklärt der Guide EMF-Karte und Standortbescheinigung.
Elektrisches und magnetisches Feld
| Feld | Ursache | Einheit | Beispiel |
|---|---|---|---|
| Elektrisches Feld | Spannung, also Ladungsunterschied | Volt pro Meter (V/m) | unter einer Hochspannungsleitung, auch wenn kein Strom fließt |
| Magnetisches Feld | fließender Strom | Ampere pro Meter (A/m), als Flussdichte in Mikrotesla (µT) | um ein Kabel, das Strom führt |
Bei Gleichstrom bleiben beide Felder statisch und unabhängig voneinander. Erst wenn sie sich schnell ändern, koppeln sie und bilden eine Welle. Ihre Wellenlänge ist λ = c / f: beim Stromnetz mit 50 Hz rund 6000 km, beim Mobilfunk mit 700 MHz rund 43 cm, bei 3,6 GHz noch 8 cm.
Frequenzbereiche im Überblick
| Bereich | Frequenz | Quellen | Wirkung auf den Körper |
|---|---|---|---|
| Statische Felder | 0 Hz | Gleichstromleitungen, Permanentmagnete, Erdmagnetfeld | Kräfte auf magnetische Gegenstände |
| Niederfrequenz | bis 9 kHz | Stromnetz (50 Hz), Bahnstrom (16,7 Hz), Haushaltsgeräte | im Körper induzierte Ströme, Reizung von Nerven und Muskeln |
| Hochfrequenz | 9 kHz bis 300 GHz | Rundfunk, Mobilfunk, WLAN, Mikrowellenherd, Radar | Erwärmung von Gewebe |
| Infrarot, Licht, UV | darüber | Sonne, Lampen | Wärme, Sehen, Sonnenbrand |
| Ionisierende Strahlung | ab energiereicher UV-Strahlung | Röntgen, Radioaktivität | Ionisierung, Schäden am Erbgut |
Die Grenze bei 9 kHz und 300 GHz stammt aus der Verordnung über elektromagnetische Felder. Alle Felder bis einschließlich UV-A sind nicht ionisierend: Ihre Energie je Photon reicht nicht, um Elektronen aus Atomen zu lösen. Das unterscheidet Funkwellen grundsätzlich von Röntgen- und radioaktiver Strahlung.
Nahfeld und Fernfeld
Dicht an einer Antenne sind elektrisches und magnetisches Feld noch nicht fest miteinander verknüpft. Man muss beide getrennt messen oder berechnen. Dieses Nahfeld reicht bei einfachen Antennen etwa eine Wellenlänge weit, bei großen Antennen deutlich weiter.
Im Fernfeld sind die beiden Felder fest gekoppelt. Ihr Verhältnis ist der Feldwellenwiderstand des freien Raums von rund 377 Ohm. Dort genügt eine Größe, und die übrigen folgen daraus:
- magnetische Feldstärke H = E / 377 Ω
- Leistungsflussdichte S = E² / 377 Ω
Ein Grenzwert von 61 V/m entspricht deshalb rund 0,16 A/m oder 9,9 W/m². Die Leistungsflussdichte nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab: Doppelter Abstand bedeutet ein Viertel der Leistung je Fläche.
Niederfrequente Felder einer Stromleitung bilden praktisch kein Fernfeld, weil die Wellenlänge Tausende Kilometer beträgt. Dort werden elektrische Feldstärke und magnetische Flussdichte immer getrennt angegeben.
Messgrößen
| Größe | Formelzeichen | Einheit | Verwendung |
|---|---|---|---|
| Elektrische Feldstärke | E | V/m | Grenzwerte für Hoch- und Niederfrequenz |
| Magnetische Feldstärke | H | A/m | Grenzwerte für Hochfrequenz |
| Magnetische Flussdichte | B | µT | Grenzwerte für Niederfrequenz und Gleichstrom |
| Leistungsflussdichte | S | W/m² | Hochfrequenz im Fernfeld |
| Spezifische Absorptionsrate | SAR | W/kg | im Körper aufgenommene Leistung, Grenzwerte für Endgeräte |
| Grenzwertausschöpfung | – | Prozent | Messwert im Verhältnis zum Grenzwert, etwa in Messreihen der Bundesnetzagentur |
Abgrenzung
Enhanced Metafile. EMF ist auch die Dateiendung des Windows-Grafikformats Enhanced Metafile, eines Vektorformats für Zwischenablage und Druck. Mit Feldern hat es nichts zu tun.
Elektromotorische Kraft. Im Englischen steht EMF für electromotive force, im Deutschen als elektromotorische Kraft (EMK) ein älterer Name für die Quellenspannung.
Elektromagnetische Verträglichkeit. Die EMV betrifft die gegenseitige Störung von Geräten, nicht den Schutz von Menschen. Dieselben Felder, ein anderes Schutzziel.
Elektrosmog. Umgangssprachliches Wort für künstliche elektromagnetische Felder im Alltag, kein Fachbegriff.