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Grundlagen

Texte mit freundlicher Unterstützung der Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg LUBW.

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Elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder im Alltag
 
- Physikalische Grundlagen
- Elektromagnetische Felder in der Umwelt des Menschen
- Biologische Wirkungen
- Grenzwerte
- Quellenverzeichnis

Elektrische Felder

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Ein elektrisches Feld entsteht überall dort, wo aufgrund getrennter Ladungsträger eine Potenzialdifferenz, d.h. eine elektrische Spannung U mit der Einheit Volt (V), vorhanden ist. Dies ist auch dann der Fall, wenn kein Strom fließt. Die Einheit der elektrischen Feldstärke ist Volt pro Meter (V/m). Die Stärke des elektrischen Feldes nimmt mit steigender Spannung zu und mit zunehmendem Abstand von der Quelle ab. Hat die Feldstärke an jedem Ort den gleichen Betrag und die gleiche Richtung, so handelt es sich um ein homogenes Feld, wie es beispielsweise innerhalb eines Plattenkondensators auftritt.

Homogenes elektrisches Feld zwischen den Platten eines Kondensators

Im Unterschied dazu sind Betrag und Richtung in einem inhomogenen elektrischen Feld, beispielsweise bei einem zweiadrigen Stromkabel (allgemein bei einem Dipol), abhängig vom jeweiligen Ort.

Inhomogenes elektrisches Feld bei einem Dipol (z. B. zweiadriges Stromkabel, hier im Querschnitt dargestellt)

Das elektrische Feld wird stark durch seine Umgebung beeinflusst, da jedes leitfähige Objekt das elektrische Feld verändert. Ursache hierfür ist die unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes in einem leitfähigen Objekt bewirkte Verschiebung der Ladungsverteilung (Influenz). Im Falle eines geschlossenen und leitfähigen Käfigs („Faradayscher Käfig“) führt dies dazu, dass das elektrische Feld im Innern des Käfigs praktisch gleich Null ist. Auch Gebäude schirmen ein von außen einwirkendes elektrisches Feld nahezu vollständig ab, so dass im Gebäudeinnern die elektrische Feldstärke im Vergleich zu den von außen einwirkenden Feldern vernachlässigbar gering ist. In umgekehrter Weise kann auch ein im Innern eines leitfähigen Objektes erzeugtes elektrisches Feld, z.B. in einem Mikrowellenherd, nach außen hin weitestgehend abgeschirmt werden.

Vollständige Abschirmung durch einen Faradayschen Käfig: Trennung der Ladungsträger des Metalls durch Bewegung zur jeweils andersartig geladenen Feldseite. Das dadurch entstehende innere Gegenfeld kompensiert exakt das äußere Feld, der Innenraum bleibt feldfrei.

Wirkt ein zeitlich sich änderndes elektrisches Feld auf einen elektrisch leitfähigen Körper ein, so führt der ständige Ladungswechsel im Körper zu Wechselströmen mit der Einheit Ampere (A). Der Strom pro Fläche wird als elektrische Stromdichte mit der Einheit Ampere pro Quadratmeter (A/m2) angegeben.

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Glossar: Ampere, Dipol, elektrisch, elektrische Feld, Elektrische Feldstärke, Elektrische Stromdichte, Faradayscher Käfig, Feldstärke, homogenes, inhomogenes, Mikrowellenherd, Spannung, Strom, Volt