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Biologie – Gleichfelder und niederfrequente Wechselfelder

Wirkungen niederfrequenter elektrischer Felder

Jedes externe elektrische Feld übt Kräfte auf geladene Teilchen (Ionen oder elektrisch nicht-neutrale – polarisierte – Moleküle) im Körper aus. Durch die Kräfte bewegen sich die geladenen Teilchen, was nichts anderes ist als ein kleiner elektrischer Strom. Niederfrequente elektrische Felder erzeugen niederfrequente Ströme. Weil die Körperoberfläche stark abschirmend wirkt werden durch niederfrequente elektrische Felder in unserer Umgebung nur harmlos kleine Ströme im Körperinnern ausgelöst. Unter grossen Hochspannungsleitungen können aber spürbare Oberflächenströme auf der Haut auftreten.

Funkenentladungen

Warnschild vor Hochspannung. Quelle: wikimedia commons

Ab einer Feldstärke von 1‘000 oder ein paar 1‘000 V/m können 50 Hz-Felder als Kribbeln wahrgenommen werden. Verursacht wird dieses durch Aufladung und Ausrichtung der Haare auf der Haut. Das Prinzip ist dasselbe wie bei den elektrostatischen Feldern. Bei grösseren Feldstärken wird das Kribbeln zunehmend überdeckt durch Elektrisierungen, bis hin zu unangenehmen Mikroschocks (etwa zwischen Kleidern und der Haut). Diese kommen durch Funkenentladung zustande. Dasselbe passiert, wenn man etwa ein Auto berührt, das unter einer Hochspannungsleitung steht. Das Auto ist durch seine Gummireifen gegen den Boden hin isoliert. Dadurch bewirkt das elektrische Feld der Leitung in der Autokarosserie eine ständige Ladungsumverteilung. Ist die Spannung am Draht positiv, wird der obere Teil des Autos negativ geladen, der untere Teil wird positiv. Ändert sich die Spannung, verschieben sich die Ladungen entsprechend. Dies führt zu einem anhaltenden Ladungsfluss auf der Autooberfläche: ein Wechselstrom entsteht. Berührt jemand das Auto, wird es geerdet, d.h. der Strom fliesst durch den Körper in den Boden ab. Wenn man die Hand sehr nahe am Auto hat, ist Funkenentladung möglich. Berührt man das Auto, fliesst ein Strom (Ableitstrom) der deutlich weniger unangenehm ist als die Entladung. Für schmerzhafte Entladungen sind sehr grosse elektrische Feldstärken um 100'000 V/m nötig. Der Grenzwert für 50 Hz-Feldstärken liegt für die Bevölkerung bei 5'000 V/m. Niederfrequente elektrische Felder, wie wir sie im Alltag erleben, sind deshalb gesundheitlich ungefährlich.

Ableitströme, Berührungsströme

Körperströme und Gesundheitsrisiken. Quelle: FSM (nach IEC 479)

Ableitströme entstehen, wenn Gegenstände, die sich aufladen können, isoliert in einem Wechselfeld stehen und dann durch Berührung geerdet werden, so dass ein Wechselstrom vom Gegenstand über den Körper zur Erde fliessen kann. Das typische Beispiel ist das oben erwähnte Fahrzeug unter einer Hochspannungsleitung. Bei grossen Fahrzeugen (z.B. einem Bus) können so Ableitströme von mehreren mA (Milliampère, 1mA = 1/1‘000 Ampère) entstehen. Verwandt mit den Ableitströmen sind die Berührungsströme, die bei Berührung von unter Spannung stehenden elektrischen Leitungen entstehen. In beiden Fällen sind die entstehenden Körperströme die biologisch und gesundheitlich relevanten Effekte. Körperströme ab ein paar Zehntel mA (Milliampère) sind als Kribbeln wahrnehmbar. Gegen 1 mA werden sie als unangenehm, bei mehreren mA als schmerzhaft empfunden. Die "Loslass-Schwelle" liegt bei etwa 10 mA (bei Berührungen ab ca. 1 Sekunde). Noch grössere Körperströme werden sehr schnell gefährlich. Die Grafik zeigt die biologischen Wirkungen in Abhängigkeit von Stromstärke und Einwirkdauer (nach IEC 479).

Über die Frage, ob schwache Felder das Wohlbefinden von (elektrosensiblen) Menschen negativ beeinflussen können, wird an anderer Stelle ("Befindlichkeit und Verhalten" im Teil "Gesundheit") berichtet.

 

 

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