Elektrische und magnetische Felder im Alltag

Überall, wo Spannung anliegt oder Strom fließt, gibt es Felder: an der Steckdose, um das Netzkabel, am Föhn, an der Hochspannungsleitung und – als Wellen – rund um WLAN-Router und Smartphone. Unter dem Schlagwort „Elektrosmog“ wird darüber oft emotional diskutiert. Dieser Artikel ordnet nüchtern ein, welche Felder wo auftreten, wie stark sie sind und welche Grenzwerte in Deutschland gelten.

Zwei Felder, zwei Ursachen

Bei Netzfrequenz (50 Hz) lassen sich elektrisches und magnetisches Feld getrennt betrachten:

• Das elektrische Feld entsteht durch Spannung. Es ist schon da, wenn ein Gerät nur eingesteckt, aber ausgeschaltet ist – die Leitung bis zum Schalter steht unter Spannung. Gemessen wird es in Volt pro Meter (V/m).
• Das magnetische Feld entsteht durch Strom (siehe Elektromagnetismus). Es tritt nur auf, wenn ein Gerät tatsächlich Strom zieht. Gemessen wird die Flussdichte in Mikrotesla (µT).

Beide Felder gibt es als Gleichfeld und als Wechselfeld. Eine Gleichspannung oder ein Gleichstrom erzeugt ein statisches Feld – wie das Erdmagnetfeld oder das Feld eines Dauermagneten. Wechselspannung und Wechselstrom erzeugen Wechselfelder, die man nach ihrer Frequenz in niederfrequent (Netz, 50 Hz) und hochfrequent einteilt. Auch Geräte am 50-Hz-Netz können hochfrequente Anteile abgeben, etwa Motoren mit Bürsten, Schaltnetzteile oder Leuchtstofflampen mit elektronischem Vorschaltgerät.

Elektrische Felder lassen sich leicht abschirmen: Wände, Bäume, sogar die Haut schwächen sie stark. Magnetische Felder niedriger Frequenz durchdringen dagegen fast alle Materialien ungehindert, nur hochpermeable Bleche oder große Abstände helfen.

Bei hohen Frequenzen – ab etwa einigen hundert Kilohertz – sind beide Felder fest miteinander gekoppelt und lösen sich als elektromagnetische Welle von der Antenne. Dann spricht man von Hochfrequenz (HF) und beschreibt die Stärke meist über die Leistungsflussdichte in W/m² oder die vom Körper aufgenommene Leistung.

Wie stark sind die Felder?

Felder nehmen mit dem Abstand stark ab. Bei kleinen Geräten mit Motor oder Transformator fällt die magnetische Flussdichte etwa mit der dritten Potenz des Abstands: Doppelter Abstand bedeutet nur noch ein Achtel. Bei einer langen Leitung ist der Abfall flacher.

In älteren und amerikanischen Quellen findest du die Flussdichte in Gauß: 1 G = 100 µT, also entspricht 1 µT genau 10 mG. Die gesetzliche SI-Einheit ist das Tesla.

Grenzwerte in Deutschland

Für ortsfeste Anlagen wie Freileitungen, Trafostationen und Mobilfunkmasten legt die 26. Bundes-Immissionsschutzverordnung (26. BImSchV) Grenzwerte fest. Für 50 Hz gelten dort, wo sich Menschen nicht nur vorübergehend aufhalten:

• elektrische Feldstärke: 5 kV/m
• magnetische Flussdichte: 100 µT

Für Hochfrequenzanlagen gelten frequenzabhängige Grenzwerte der Feldstärke, für den Mobilfunk etwa 41 bis 61 V/m. Diese Werte liegen mit einem großen Sicherheitsabstand unter den Schwellen, ab denen nachgewiesene Wirkungen auftreten.

Für Geräte am Körper, vor allem Smartphones, ist die SAR (spezifische Absorptionsrate) maßgeblich: die Leistung, die das Gewebe pro Kilogramm aufnimmt. Der EU-Grenzwert für Kopf und Rumpf liegt bei 2 W/kg, gemittelt über 10 g Gewebe. Viele Telefone liegen deutlich darunter; das Bundesamt für Strahlenschutz veröffentlicht die Werte.

Was Felder im Körper bewirken

Die nachgewiesenen Wirkungen sind gut verstanden:

• Niederfrequente elektrische Felder verschieben Ladungen an der Körperoberfläche. Bei sehr hohen Feldstärken, etwa direkt unter Höchstspannungsleitungen oder in Umspannwerken, kann man das als Kribbeln auf der Haut oder Aufstellen der Haare spüren.
• Niederfrequente magnetische Felder induzieren im Körper schwache Ströme (siehe Induktion). Erst deutlich oberhalb der Grenzwerte können sie Nerven und Muskeln reizen.
• Hochfrequente Felder werden im Gewebe absorbiert und erwärmen es – derselbe Effekt wie im Mikrowellenherd, nur um Größenordnungen schwächer.

Beide Feldarten sind nicht ionisierend: Ihre Energie pro Photon ist viel zu klein, um Moleküle aufzubrechen. Das unterscheidet sie grundsätzlich von UV- und Röntgenstrahlung (siehe elektromagnetisches Spektrum). Langzeitwirkungen unterhalb der Grenzwerte wurden in vielen Studien untersucht, ohne dass ein Gesundheitsrisiko belegt werden konnte; einzelne Fragen gelten als offen und werden weiter erforscht.

Felder messen

Für das elektrische Feld gibt es Feldstärkemessgeräte, bei statischen Feldern etwa die Feldmühle, bei der ein rotierendes Flügelrad die Messelektrode abwechselnd abdeckt und freigibt. Das Ergebnis ist heikel: Schon der Körper des Messenden und Möbel in der Nähe verzerren das elektrische Feld.

Magnetfelder lassen sich dagegen gut reproduzierbar messen, weil sie die meisten Stoffe ungehindert durchdringen. Als Sensoren dienen Messspulen (nur für Wechselfelder), Hall-Sensoren und magnetoresistive Sensoren, deren Widerstand sich im Feld ändert. Angezeigt wird meist die Flussdichte in µT; die magnetische Feldstärke in A/m ergibt sich in Luft daraus über H = B / μ₀ (1 µT entspricht rund 0,8 A/m).

Viele Handgeräte messen beide Felder, aber jeweils nur in einem bestimmten Frequenzbereich – ein 50-Hz-Messgerät sagt nichts über WLAN. Rechne außerdem mit Messunsicherheiten von einigen Prozent bis deutlich mehr, und vergleiche nur Werte, die unter gleichen Bedingungen entstanden sind.

Felder einfach reduzieren

Wer die Belastung senken möchte, hat wenige, aber wirksame Hebel:

• Abstand halten ist die mit Abstand wirksamste Maßnahme – Netzteile, Radiowecker und Steckdosenleisten nicht direkt neben das Kopfkissen.
• Geräte ganz ausschalten oder abstecken, statt sie im Standby zu lassen.
• Smartphone mit Headset benutzen und bei schlechtem Empfang kurz halten – dann sendet es mit höherer Leistung.
• Bei Elektroinstallationen Hin- und Rückleiter dicht beieinander führen: Ihre Magnetfelder heben sich dann weitgehend auf.

Selbsttest