Elektrische und magnetische Felder im Alltag

Univ.-Prof. N. Leitgeb: Elektrische und magnetische Felder im Alltag
Leben basiert auf Elektrizität
Schon Goethes Dr. Faust hat danach gesucht, „was die Welt im Innersten zusammenhält“. Heute wissen wir: Es sind vor allem elektrische und magnetische Kräfte. Sie halten nicht
nur Atome und Materie zusammen, auch das
Leben beruht auf elektrischen Vorgängen.
Unsere Körperzellen sind wie kleine elektrische
Batterien. Wir denken, atmen und fühlen mit Hilfe elektrischer Nervenimpulse, auch Muskel werden durch elektrische Nervenimpulse gesteuert
und erzeugen ihrerseits elektrische Signale. Unser Körper ist daher erfüllt von Elektrizität und
von elektrischen und magnetischen Feldern. Ärzte können die bioelektrischen Körpersignale sogar an der Oberfläche messen und so Diagnosen erstellen, z. B. über das Herz (EKG), das
Gehirn (EEG), die Muskeln (EMG) oder die Augen (EOG).
Biologischer Störschutz
Unser Körper ist erfüllt von Elektrizität.
Das Gewirr der elektrischen Signale in unserem Körper ist jedoch
groß. Überdies sind die Nervenleitungen in unserem Gehirn und Rückenmark dicht gepackt. Elektrische Nervenimpulse würden sich daher gegenseitig stören, hätte die
Natur nicht einen Trick parat. Als
Schutz vor Störungen reagieren
nämlich unsere Körperzellen auf ininnere und äußere Reize erst dann,
wenn sie groß genug sind, um den
körpereigenen Schutzschirm - die
„Reizschwelle“ - zu überwinden. Alles, was kleiner ist, wird hingegen
ignoriert. Mit diesem Trick, dem „Alles-oder-Nichts“-Gesetz,
schützt
sich der Körper aber nicht nur vor
den eigenen Störsignalen, sondern
auch vor äußeren elektrischen und
magnetischen Feldern: Auch sie Zur Stimulation muss die „Allesbleiben wirkungslos, wenn sie die oder-Nichts“-Schutzschwelle überschritten werden.
Reizschwelle nicht überschreiten.
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Was sind elektrische Felder?
Elektrische Felder werden von elektrischen Ladungen erzeugt. Es
gibt davon zwei Arten, „positive“ und
„negative“. Ihre Beziehung zu einander
wird durch das Gesetz von „Liebe und
Hass“ dominiert: Ungleiche Ladungen
wollen sich vereinen, gleiche stoßen einander ab. Das Ausmaß dieser „Leidenschaften“, das elektrische Kraftfeld der
Anziehung und Abstoßung, wird als
„elektrische Feldstärke“ angegeben. Wir
erfahren sie täglich. So werden z.B. un- Elektrische Felder werden
sere Haare beim Frisieren durch Rei- von der Spannung erzeugt.
bung des Kammes elektrisch aufgeladen. Die gegenseitige Abstoßung der Ladungen bewirkt dann, dass sich die Haare aufrichten.
Auch an den beiden Kontakten von Steckdosen befinden sich (mit
der Frequenz 50Hz, also 50mal pro Sekunde hin und her schwingende) Ladungen. Sie wurden im Kraftwerk mühsam getrennt und
müssen seither durch die elektrische Isolation daran gehindert werden, sich vorzeitig wieder zu vereinen. Die Anziehungskräfte der
elektrischen Wechsel- Felder sind daher immer vorhanden, auch
wenn kein Strom verbraucht wird.
Was sind magnetische Felder?
Wenn sich elektrische Ladungen bewegen, wenn also elektrischer
Strom fließt, bekommen sie plötzlich wie durch Zauberei eine völlig
neue Eigenschaft: Es entsteht
um sie ein weiteres „Kraftfeld“ das Magnetfeld. Werden elektrische Felder durch „Liebe“ und
„Hass“ bestimmt, so lassen sich
Magnetfelder durch die „Eifersucht“ charakterisieren: Sie versuchen nämlich, vereinte Ladungen wieder auseinander zu
zwängen. Magnetfelder können
daher im Körper elektrische
Magnetfelder werden vom elektriStröme erzeugen.
schen Strom erzeugt.
Da jedoch Magnetfelder ihrerseits vom Strom erzeugt werden, verschwinden sie sofort, wenn dieser abgeschaltet wird. Weil der
Stromverbrauch ständig schwankt, tun dies auch die Magnetfelder
und sind daher in der Nacht am kleinsten.
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Wie wirken die Felder?
Die physikalische Natur und biologische Wirkungsweise elektrischer
und magnetischer Wechselfelder sind gut bekannt. Beide Felder sind
viel zu energiearm, um Moleküle (z.B. Gene) direkt schädigen zu können. Sie haben
aber noch etwas gemeinsam: Beide können
im Körperinneren elektrische Ströme erzeugen. Deren Wirkungen und Nebenwirkungen kennt man heute sehr genau: Sie
werden nämlich bereits seit über 100 JahWirkung
von
ren in der Medizin erfolgreich angewendet, Die
Strom ist gut bekannt.
z.B. zur Reizstromtherapie. Ströme können
Nerven stimulieren und Muskeln anspannen - aber nur, wenn sie
genügend stark sind, um die Reizschwelle zu überschreiten.
Gibt es Langzeitwirkungen?
Bereits seit vielen Jahrzehnten wird diese Frage untersucht. Dies
geschieht durch verschiedene wissenschaftliche Ansätze: Durch
theoretische Arbeiten, chemische Studien,
Experimenten an einzelnen Körperzellen,
Geweben und Tieren, die gegenüber elektrischen und magnetischen Feldern exponiert
werden. Keiner dieser Untersuchungsansätze
belegte, dass sich im Lauf der Zeit Wirkungen
aufsummieren könnten. Selbst durch lebenslange und sogar über mehrere Generationen
andauernde Expositionen, z.B. von Mäusen, Selbst lebenslange
konnten keine Krebserkrankungen – auch Exposition ergab keinen Beleg für Langnicht Leukämie – ausgelöst werden.
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te auf dem Land grundsätzlich höher ist als in Städten. Auch das
signifikant höhere Einkommen von Männern mit Glatze ist kein Beweis dafür, dass deren Gehirn leistungsfähiger ist, weil die Nährstoffe nicht für das Wachstum der Haare verbraucht werden müssen.
Nicht die fehlenden Haare, sondern das damit verbundene Alter sind
die Ursache für das höhere Einkommen. Epidemiologische Studien
können daher aus methodischen Gründen einen ursächlichen Zusammenhang nicht beweisen. Die muss mit anderen wissenschaftlichen Ansätzen geschehen.
Es gibt bereits viele epidemiologische Studien über den Zusammenhang mit Krebserkrankungen und z.B. der Nähe zu Hochspannungsleitungen, Trafos und Stromkabeln und der
Verwendung von Elektrogeräten. Sie wurden in Wohnungen und am Arbeitsplatz,
an Erwachsenen und Kindern durchgeführt.
Insgesamt ergaben die Studien weder bei
Erwachsenen noch bei Kindern einen Zusammenhang von Krebserkrankungen mit
elektrischen und magnetischen Feldern.
Epidemiologische StuNur bei Kindern, nicht aber bei Erwachse- dien ergaben Entwarnen und nur bei der seltenen Erkrankung nung und ein Rätsel.
Leukämie wurde ein statistisch signifikantes Zusammentreffen mit
Magnetfeld- Expositionen berichtet, die weit unterhalb der Grenzwerte und mehr als 10.000fach unter der Reizschwelle lagen.
Was folgt aus epidemiologischen Studien?
An Menschen sind Langzeituntersuchungen
unter Laborbedingungen ethisch nicht vertretbar. Man kann lediglich
epidemiologische Studien durchführen, indem der Gesundheitszustand einer Gruppe von Exponierten mit jenem einer Kontrollgruppe
verglichen wird. Die Gruppen dürfen sich jedoch in keinem anderen
gesundheitsrelevanten Aspekt unterscheiden (z.B. Alter, Geschlecht,
Einkommen, Ausbildung, Lebensgewohnheiten wie Rauchen, Essen,
Trinken, Umweltfaktoren, etc.). Ergibt der Gruppenvergleich statistisch signifikante Unterschiede, belegt dies jedoch nur die Gleichzeitigkeit von Exposition und Erkrankung und nicht den ursächlichen
Zussammenhang. Daher ist die signifikant höhere Geburtenrate in
Gebieten mit höherer Storchendichte kein Beweis, dass Störche
Kinder bringen. Der Grund liegt vielmehr darin, dass die Geburtenra-
Die signifikanten epidemiologischen Ergebnisse beschränken sich
auf die Kinderleukämie. Sie stehen isoliert da. Dass ein ursächlicher
Zusammenhang besteht, konnte weder theoretisch noch durch experimentelle Untersuchungen bestätigt werden. Er wird auch durch den
Zeitverlauf der Krebsstatistik nicht plausibler: Trotz des seit Jahrzehnten steigenden Stromverbrauchs gibt es nämlich keinen analogen Anstieg der Leukämiefälle. Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) stuft deshalb magnetische Wechselfelder grundsätzlich, unabhängig davon, ob sie von der Energieversorgung oder
von Elektrogeräten stammen, als möglicher Weise karzinogen ein,
ebenso wie z.B. Kaffee, eingelegtes Gemüse, Nickel oder Dieselabgase. Internationale Organisationen wie die WHO und ICNIRP oder
nationale Behörden halten die epidemiologischen Ergebnisse übereinstimmend als für zu wenig überzeugend, um daraus Schutz- oder
Grenzwertempfehlungen abzuleiten. Sie sehen in methodischen Untersuchungsproblemen (Bias) eine plausiblere Erklärung für das epidemiologische Ergebnis.
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zeitwirkungen.
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Grenzwerte
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Elektrische Felder im Alltag
Elektrische und magnetische Felder können unerwünschte Wirkungen hervorrufen, wenn sie genügend stark sind. Es besteht daher Einigkeit darüber, dass Grenzwerte erforderlich sind.
Wer macht die Grenzwerte?
Grenzwerte sind keine Entscheidung, die eine einzelne Person aufgrund subjektiver Überzeugungen trifft, sondern das Ergebnis intensiver Beratungen und Abwägungen, in denen Experten verschiedener Fachrichtungen mitwirken. Es ist eine gesellschaftspolitische
Entscheidung, welches Schutzziel angestrebt und wie es erreicht
wird. International hat die Weltgesundheitsorganisation bzw. die Internationale Kommission zum Schutz vor Nichtionisierender Strahlung (ICNIRP) Grenzwertempfehlungen erarbeitet. Der Europäische
Rat hat sie den Mitgliedsländern der EU zur Übernahme empfohlen.
In Österreich sind die Grenzwerte in der Norm ÖVE/ÖNORM E8850
festgelegt und definieren den „Stand der Technik“. Da das Elektrotechnikgesetz fordert, elektrische Geräte und Anlagen nach dem
Stand der Technik zu errichten und zu betreiben, besteht die gesetzliche Verpflichtung, die Grenzwerte einzuhalten.
Haushalt
In der Wohnung entstehen elektrische 50Hz-Wechselfelder durch
Elektroinstallation, Elektroheizung und elektrische Geräte. Der Mittelwert im Raum ist meist ge100V/m
E
50V/m
ring. Er liegt etwa 500-fach
20V/m
unter dem zulässigen Refe10V/m
renzwert. Elektrogeräte kön5V/m
nen jedoch hohe elektrische
Feldstärken bis zur 11fachen 1kV/m
1V/m
Überschreitung des Referenzwertes
verursachen.
Dies ist nur deshalb zulässig,
weil der Körper nicht voll- Elektrische Felder in einer Küche. Der
Körper ist durch seine Leitfähigkeit vor
ständig exponiert wird.
ihnen geschützt, die Mauern schirmen.
Hochspannungsfreileitungen und -kabel
Das Schutzziel beschränkt sich nicht darauf, negative Auswirkungen
lediglich zu minimieren, sondern vielmehr, bekannte gesundheitsrelevante Wirkungen (Erregung von Nerven- und Muskelzellen) sicher
auszuschließen. Dies wird er- lgB
lgE
reicht, indem ein 50-facher SiStimulation
B
cherheitsabstand zur körpereigenen „Alles- oder- Nichts“zs
Schutzschwelle eingehalten wird.
ch
we
E
Dazu wird die Wirkung im Körll e
perinneren durch einen „Basisgrenzwert“ begrenzt. Um die
Grenzwert
Einhaltung überprüfen zu können, werden zusätzlich messbare Expositionsbedingungen (Referenzwerte) berechnet, die im Zulässige Werte für elektrische (E)
Körperinneren den Basisgrenz- und magnetische Wechselfelder (B)
wert verursachen. Bei 50Hz liegen weit unter der Reizschwelle.
sind die Referenzwerte 5kV/m (elektrisches Feld) und 100µT (magnetisches Feld). Verbesserte Berechnungsverfahren zeigten allerdings, dass dies zu konservativ war. Aktuell wird von ICNIRP ein Referenzwert von 200µT für die Allgemeinbevölkerung empfohlen.
Die elektrische Spannung einer Hochspannungsfreileitung verursacht ein elektrisches Feld. Es ist unter den Leiterseilen in der Mitte
zwischen den Masten am höchsten. Direkt unter 380 kV- Freileitungen kann es dem Referenzwert nahe kommen. Es nimmt
aber mit seitlichem Abstand sehr
rasch ab.
Hochspannungskabel erzeugen
keine elektrischen Felder; sie
werden nämlich von einem Metallschirm umhüllt, der die Felder Elektrische Felder sind in der Mitte
zwischen Masten am höchsten.
vollständig abschirmt.
Elektrische Felder haben eine wichtige Eigenschaft: Sie lassen sich
leicht und gut abschirmen. Bereits ein kahler Baum reicht aus, um im
weiten Umkreis elektrische Felder zu verringern („BlitzableiterEffekt“). Sehr gut schirmen
auch Mauerwerk und Hausdächer. Elektrische Felder von
Freileitungen können daher
fast nicht in Wohnungen eindringen. Deshalb sind sie dort
kleiner als die Felder, die die
10m 8
4
2
0
4
6
8 10m
6
2
hauseigene Elektroinstallation
Ein Baum schirmt elektrische Felder
bis weit außerhalb der Baumkrone ab.
erzeugt.
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Wie wird geschützt?
i
Re
50m 40
30
20
10
0
10
20
30
40
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Magnetische Felder im Alltag
Hochspannungsfreileitungen und -kabel
Magnetfelder entstehen nur dann, wenn Strom verbraucht wird. Sie
schwanken daher ständig. In Wohnungen ist der Mittelwert meist
klein. Er liegt bei etwa
einem
Tausendstel
des zulässigen Refe1µT
renzwertes. In der Nä0,3µT
he von Elektrogeräten
10µT
können Magnetfelder
1µT
jedoch lokal sehr hoch
werden und den Refe3µT
renzwert bis zu 8010µT
fach
überschreiten.
Dies ist nur deshalb
Magnetfelder in einer Küche mit Fußbodenzulässig, weil sie den heizung. Körper und Mauern schirmen nicht.
Körper nicht vollständig erfassen. (Die stärksten Magnetfelder erzeugen Geräte mit Elektromotoren, z. B. Küchengeräte und Elektrowerkzeuge).
Bei 380 kV Hochspannungsfreileitungen sind die Leiterseile viele
Meter weit vom Boden entfernt. Daher erreicht das Magnetfeld auch
an der ungünstigsten Stelle (beim größten Durchhang) und selbst
bei maximal zulässiger Stromstärke nur etwa 35 % des zulässigen
Referenzwertes. Da die Leitungen in Mastnähe vom Boden noch
weiter entfernt sind, sind dort die Magnetfelder kleiner. Mit der seitlichen Entfernung nimmt das Magnetfeld sehr rasch ab. Bereits ab
etwa 70 m Abstand ist es unter 1 % des Referenzwertes (unter 1 µT)
abgesunken.
Haushalt
Magnetfelder haben eine wichtige Eigenschaft: Mauern sind für sie
wie Luft: sie können sie nicht abschirmen. Hauseigene Magnetfelder
erstrecken sich daher auch in die Nachbarräume. Felder von Hochspannungsleitungen reichen und Kabel in Wohnungen hinein.
B
So wie im Elektroherd verursacht elektrischer Strom auch in Leitungen (Verlust-)Wärme. Wenn er zu hoch wird, würden die heißen Leiterseile zu weich und nachgiebig und die Leitung gefährdet werden.
Er darf daher eine konstruktive Obergrenze (thermischer Grenzstrom) nicht überschreiten. Um die Stromversorgung auch in Störfällen zu gewährleisten und auch um vorübergehende Verbrauchsspitzen zulassen zu können, muss der maximale mittlere Betriebsstrom
im Leiterseil jedoch kleiner sein. Im Normalbetrieb wird er daher um
40 % unter dem konstruktiven Grenzwert gehalten.
Bei Hochspannungskabeln sind die Leiter viel näher an der Erdoberfläche. Direkt über leistungsgleichen Kabeln sind die Magnetfelder
daher wesentlich größer als bei Freileitungen, werden jedoch in seitlicher Entfernung rascher deutlich kleiner. Schon nach etwa 20 m
sind sie unter 1 µT abgesunken (Bild).
B
60
µT
Kabel
50
Ganzkörper-Grenzwert
40
30
im Durchhang
20
Hintergrundpegel
d
1cm
10
d
100m
1µT
80
60
1µT
am Mast
40
20
0
20
40
60
80
d
100 m
Elektrogeräte erzeugen wesentlich stärkere aber nicht so weit reichende Magnetfelder (B) wie Hochspannungsfreileitungen (doppeltlogarithmische Darstellung: Von Kästchen zu Kästchen erhöht sich der
Wert um das 10fache; Symbole deuten die Größenverhältnisse an).
Magnetfelder leistungsgleicher 380kV-Hochspannungskabel (in 1m Bodenabstand) sind zunächst größer, in seitlicher Entfernung rasch kleiner
als bei Hochspannungsfreileitungen (der obere Bänderrand entspricht dem
konstruktiven Strom-Grenzwert, der untere dem mittleren Betriebsstrom).
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Univ.-Prof.N.N.Leitgeb:
Leitgeb:Elektrische
Elektrischeund
undmagnetische
magnetischeFelder
FelderimimAlltag
Alltag
Univ.-Prof.
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Mythen
Mythen
Mythos 1: Der Mensch hat sich den natürlichen elektrischen und magnetischen
(Gleich-)Feldern angepasst. Die technischen Wechselfelder gibt es jedoch erst
kurz, daher sind sie schädlich.
Falsch! Eine Anpassung erfolgt nur, wenn sie (der Gattung, nicht
dem Einzelnen) einen Überlebensvorteil bringt. Diesen haben z.B.
Zugvögel, wenn sie auch das Erdmagnetfeld zur Orientierung nutzen
können und so ihre Ziele sicherer erreichen. Menschen haben sich
den Feldern nie angepasst, weil dies keinen Überlebensvorteil ergibt.
Mythos 7: Die Grenzwerte schützen nur
vor akuten Effekten, nicht vor Langzeitwirkungen.
Falsch! Die Regelung ist so streng, dass
die Grenzwerte sogar jederzeit und nicht
erst bei längeren Expositionen eingehalten werden müssen. Alle bekannten gesundheitsrelevanten Wirkungen werden mit großem Sicherheitsabstand ausgeschlossen.
Mythos 2: Unser Körper ist vor Elektrosmog nicht geschützt, daher
ist dieser grundsätzlich schädlich.
Falsch! Unser Körper ist vor „Elektrosmog“ geschützt, nämlich durch
das „Alles-oder-Nichts“- Gesetz der Zellerregung. Dies ist zum
Schutz vor den körpereigenen bioelektrischen Störfeldern (z.B. EKG)
wichtig. Es schützt aber auch vor Elektrosmog von außen.
Mythos 3: Die starken Felder von Elektrogeräten sind unbedenklich,
wir sind ihnen ja nur kurz ausgesetzt. Kritisch ist nur die dauernde
Einwirkung, auch wenn sie schwach ist.
Falsch! Kurzzeitige starke Einwirkungen (z.B. mit Stärken jenseits
der Reizschwelle) sind grundsätzlich wirksamer als schwache Langzeit- Einwirkungen (z. B. unterhalb der Reizschwelle).
Mythos 4: Wenn Elektrosmog sogar elektrische Geräte stören kann,
muss er für unsere Gesundheit erst recht bedenklich sein!
Falsch! Störempfindliche Elektrogeräte enthalten elektrische Verstärker. Diese machen sie auch für kleine Störsignale empfindlich.
Wir haben solche Verstärker nicht. Überdies sind wir durch das „Alles-oder-Nichts“- Gesetz vor Elektrosmog geschützt.
Mythos 5: Auch wenn Elektrogeräte ausgeschaltet sind, geben sie
noch weiter Elektrosmog ab.
Falsch! Magnetfelder verschwinden beim Ausschalten sofort. Elektrische Felder verschwinden ebenfalls sofort, wenn allpolig ausgeschaltet wird.
Mythos 6: Die Mobilfunkstrahlung verstärkt die Wirkung der Magnetfelder.
Falsch! Mobilfunkstrahlung mit den Millionenfach höheren Frequenzen wirken grundsätzlich auf völlig verschiedene Weise wie niederfrequente Magnetfelder: Mobilfunkstrahlung durch Erwärmung, Magnetfelder (bei ausreichender Stärke) durch Zellerregung. Sie können
daher einander nicht verstärken.
TU
Graz University of Technology
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Mythos 8: Mauern und Wände speichern Elektrosmog.
Falsch! Eine Speicherung von Elektrosmog ist nicht möglich. Mauern und Wände schirmen elektrische Felder sehr gut ab. Für magnetische Wechselfelder sind sie jedoch wie Luft.
Mythos 9: Wären Grenzwerte niedriger, müssten Hochspannungsleitungen verkabelt werden.
Falsch! Innerhalb der Trasse erzeugen (leistungsgleiche) Kabel sogar höhere Magnetfelder als Hochspannungsleitungen. Eine empfindliche Absenkung der Grenzwerte hätte vor allem Auswirkungen
für den Gebrauch von Elektrogeräten und die Benützung der Eisenbahn.
Mythos 10: Hohe Magnetfelder werden vor allem durch Hochspannungsfreileitungen erzeugt.
Falsch! Wie Studien gezeigt haben, sind fast in drei Viertel der
Wohnungen, in denen relativ höhere Magnetfelder gemessen wurden, andere Verursacher als Hochspannungsleitungen dafür verantwortlich.
Mythos 11: Vorsicht kann nicht schaden. Das Geld für den Schutz
vor Elektrosmog ist gut angelegt.
Falsch! Es werden hier Geschäfte mit der Angst gemacht und verschiedenste dubiose Produkte gegen Elektrosmog angeboten, mit
denen Leuten das Geld aus der Tasche gezogen wird - von Pillen,
Hautcremes, Amuletten, Anstrichen, Aufklebern, Steinen, Pyramiden,
Abschirmmatten bis hin zu „Entstörgeräten“. Vor dem Kauf ist dringend abzuraten.
Mythos 12: Abschirmmatten schützen vor Elektrosmog von Stromleitungen.
Falsch! „Abschirmmatten“ schützen nicht. Magnetfelder können sie
gar nicht abschirmen. Elektrische Felder werden sogar verstärkt.
Mythos 13: Abschirmmatten saugen Elektrosmog auf.
Falsch! Abschirmmatten können Elektrosmog weder aufsaugen
noch speichern. Hinweise, man solle sie erden oder z.B. wöchentlich
„zur Entladung“ in Wasser legen, dienen der Täuschung: Sie sollen
lediglich den Glauben an die (nicht vorhandene) Wirkung stärken.
TU
Graz University of Technology
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