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'''Elektromagnetisches Feld''' (kurz: '''EM-Feld'''; aus englisch: ''electromagnetic field''; kurz ''EM field'') ist eine zusammenfassende Bezeichnung für [[Elektrizität|elektrische]] und [[Magnetismus|magnetische]] Felder, die (so wie im ''[[Elektromagnetismus]]'') miteinander verknüpft sind. Nach den Gesetzen der klassischen [[Elektrodynamik]] beeinflussen sich elektrische und magnetische Felder, wenn sie zeitlich nicht konstant sind, und können dann nicht mehr separat betrachtet werden.

Während ein stationäres elektrisches oder magnetisches Feld an seine Quelle gebunden ist, kann sich ein veränderliches elektromagnetisches Feld von seinem Ursprung entfernen. Es breitet sich in Form einer [[Elektromagnetische Welle|elektromagnetischen Welle]] im Vakuum mit [[Lichtgeschwindigkeit]] aus und überträgt dabei Energie und Impuls.

[[Datei:James Clerk Maxwell big.jpg|mini|hochkant=1.2|[[James Clerk Maxwell]]]]

== Hintergrund ==
Elektrische und magnetische Felder sind mehr als nur eine mathematische Beschreibung der Kraftwirkung von ruhenden und bewegten elektrischen Ladungen auf andere Ladungen („Feldlinien“). Seit den Experimenten [[Michael Faraday|Faradays]] und der mathematischen Beschreibung durch [[James Clerk Maxwell|Maxwell]] weiß man, dass ihnen eine reale physikalische Bedeutung zukommt und sie unabhängig von elektrischen Ladungen und Strömen existieren können. Nach dem [[Elektromagnetische Induktion|Induktionsgesetz]] führen zeitliche Änderungen eines Magnetfeldes zu einem elektrischen Wirbelfeld; umgekehrt führen zeitliche Änderungen des elektrischen Feldes ([[Verschiebungsstrom]]) zu einem Magnetfeld. Bei zeitlich variierenden Feldern ist daher eine separate Beschreibung der Felder durch die Gesetze der [[Elektrostatik]] und [[Magnetostatik]] nicht mehr möglich, man muss sie als Einheit behandeln – als elektromagnetisches Feld. Dabei gelten die komplexeren Gesetze der [[Elektrodynamik]], beschrieben durch die [[Maxwell-Gleichungen]].

Zeitlich veränderliche elektromagnetische Felder entstehen durch beschleunigte oder verzögerte Bewegung elektrischer Ladungen außerhalb oder innerhalb von Leitern. Hierzu gehören Rundfunkwellen oder Radarwellen, die von [[Antenne]]n abgestrahlt werden, generell elektromagnetische Emissionen von Kabeln mit Wechselstrom und elektrischen Geräten, Blitze und Funken.

Maxwell konnte aus seinen Gleichungen ableiten, dass in Gebieten des Raumes, in denen weder Ladungen noch Ströme auftreten, alle Komponenten der elektrischen und magnetischen Felder durch eine Wellengleichung, beschrieben werden müssen. Elektromagnetische Wellen werden durch ihre Frequenz <math>\nu</math> charakterisiert. Unabhängig von der Frequenz haben sie im [[Vakuum]] stets die gleiche [[Phasengeschwindigkeit]] <math>c</math>, die [[Lichtgeschwindigkeit]] genannt wird. Die [[Wellenlänge]] <math>\lambda</math> hängt mit <math>\nu</math> und <math>c</math> über die Beziehung
:<math>\lambda = \frac c\nu</math>
zusammen.

Aus der klassischen Elektrodynamik ergibt sich, dass elektromagnetische Wellen Energie übertragen. Nach den Gesetzen der [[Quantenphysik]] geschieht dies in diskreten [[Quant]]en mit der Energie
:<math>E = h\cdot\nu = \frac {h\cdot c}\lambda</math>,
wobei <math>h</math> die [[Planck-Konstante]] ist. Diese Energie„portionen“ sind im Bereich von Wechselstrom und Radiowellen unmessbar klein; zum sichtbaren Licht hin und darüber hinaus hingegen macht sich die Quantelung bemerkbar. Die klassische Elektrodynamik ist dann nur noch bedingt anwendbar.

Mit Ausnahme des sichtbaren Teils des Spektrums elektromagnetischer Wellen, der Licht genannt wird, besitzt der Mensch keine dedizierten Sinnesorgane, um elektrische Felder, magnetische Felder oder elektromagnetische Wellen wahrzunehmen.

Folgendes Bild gibt eine Übersicht über das gesamte [[Elektromagnetisches Spektrum|elektromagnetische Spektrum]].

[[Datei:Electromagnetic spectrum -de c.svg|800px|zentriert|Übersicht über das elektromagnetische Spektrum, sichtbarer Anteil detailliert]]

== Niederfrequente Felder ==
Im [[Elektromagnetisches Spektrum|elektromagnetischen Spektrum]] sind die niederfrequenten elektrischen und magnetischen Felder im Frequenzbereich zwischen etwa 1 [[Hertz (Einheit)|Hertz]] und 100 [[Kilohertz]] angesiedelt.<ref>{{Literatur |Autor=Hans Reidenbach |Hrsg=Fachverband für Strahlenschutz e. V. |Titel=Leitfaden „Elektromagnetische Felder“ |Seiten=8 |Online=https://www.fs-ev.org/fileadmin/user_upload/04_Arbeitsgruppen/08_Nichtionisierende_Strahlung/02_Dokumente/Leitfaeden/Leitfaden_Elektromagnetische_Felder-FS-2019-180-AKNIR_20191017_a.pdf#page=8&zoom=100,90,96 |Abruf=2024-08-28}}</ref> Im Gegensatz zu hochfrequenten elektromagnetischen Feldern treten bei niederfrequenten Feldern deutlich weniger Richtungswechsel des elektrischen Feldes und des magnetischen Feldes auf.
Im Alltag treten niederfrequente elektrische und magnetische Felder in folgenden Bereichen auf:
* [[Stromversorgungsleitung|Stromversorgung]] (z. B. [[Hochspannungsleitung]]en), Frequenz 50 Hz
* [[Haushaltsgerät]]e und [[Elektroinstallation]]en im Haus
* elektrifizierte Verkehrssysteme wie [[Netzfrequenz#Bahnstromnetze|Eisenbahnen]], Frequenz 16,7 Hz

== Hochfrequente Felder ==
Durch den Einsatz moderner Funktechnologien entstehen in der Umwelt des Menschen hochfrequente elektromagnetische Felder.
Im elektromagnetischen Spektrum sind die hochfrequenten elektromagnetischen Felder im Frequenzbereich zwischen etwa 100 Kilohertz und 300 [[Gigahertz]] angesiedelt. Im Gegensatz zu niederfrequenten Feldern wechseln bei hochfrequenten Feldern sowohl das [[Elektrisches Feld|elektrische Feld]] als auch das [[Magnetisches Feld|magnetische Feld]] zwischen zigtausend und mehreren Milliarden Mal in der Sekunde ihre Richtung. Demzufolge besteht eine sehr enge Kopplung von [[Magnetisch|magnetischer]] und [[Elektrisch|elektrischer]] Komponente.

Hochfrequente elektromagnetische Felder werden zur Übertragung von Bild, Ton und [[Datenübertragung|Daten]] in folgenden modernen [[Kommunikationsmittel]]n genutzt:
* [[Rundfunk]] und [[Fernsehen]]
* [[Schnurlostelefon|Schnurlose Telefone]] ([[DECT]])
* [[Mobilfunk]]
* [[Babyphone]]
* [[Wireless LAN]] (WLAN) und [[Bluetooth]] zur Vernetzung von Computern untereinander und mit Peripherie-Geräten
* [[Polizei]] und [[Feuerwehr]] nutzen ein eigenes [[Funknetz]] [[Terrestrial Trunked Radio|TETRA]] zur Kommunikation über größere Entfernungen.

== Elektromagnetische Felder am Arbeitsplatz ==
Die Exposition von Beschäftigten gegenüber elektromagnetischen Feldern an Büroarbeitsplätzen durch die dort vorhandenen Elektrogeräte (Computer, Bildschirme) ist wegen der geringen Feldstärken vernachlässigbar. Bei anderen Feldquellen, z. B. an Anlagen zum induktiven Härten und Schmelzen oder an hochfrequenten Schweißeinrichtungen, treten wesentlich höhere Frequenzen und Feldstärken auf, die einer fachkundigen arbeitssicherheitstechnischen Betrachtung zu unterliegen haben.<ref name=":0">{{Internetquelle |autor=Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA) |url=https://www.dguv.de/ifa/fachinfos/strahlung/elektromagnetische-felder/index.jsp |titel=Elektromagnetische Felder – Themenschwerpunkte und Projekte |werk=dguv.de |abruf=2024-08-28}}</ref>

Die Ergebnisse der Berechnung oder Messung elektromagnetischer Felder am Arbeitsplatz bilden die Basis für die Beurteilung möglicher Gefährdungen für die Beschäftigten am Arbeitsplatz und zur Festlegung entsprechender Schutzmaßnahmen. Arbeitsplätze von Beschäftigten mit passiven oder aktiven Implantaten müssen bei der Gefährdungsbeurteilung grundsätzlich gesondert betrachtet werden.<ref name=":0" />

Der evidenzbasierte ''Forschungsbericht „Elektromagnetische Felder am Arbeitsplatz“'' bietet weiterführende Informationen zu den physikalischen und physiologischen Hintergründen der Exposition gegenüber elektromagnetischen Feldern.<ref>{{Internetquelle |autor=Bundesministerium für Arbeit und Soziales (BMAS) |url=https://www.bmas.de/DE/Service/Medien/Publikationen/Forschungsberichte/fb400-elektromagnetische-felder.html |titel=Forschungsbericht „Elektromagnetische Felder am Arbeitsplatz“ |werk=bmas.de |archiv-url=https://web.archive.org/web/20190428120956/https://www.bmas.de/DE/Service/Medien/Publikationen/Forschungsberichte/fb400-elektromagnetische-felder.html |archiv-datum=2019-04-28 |abruf=2024-08-28}}</ref>

Eine initiale technische Bewertung der vorliegenden Arbeitsplatzbelastungen kann mit dem Fragebogen „''EMF-Bewertung''“,<ref>{{Internetquelle |url=https://www.emf-bewertung.de/emf-test/ |titel=EMF Assessment |werk=emf-bewertung.de |abruf=2024-08-28}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://ec.europa.eu/social/main.jsp?catId=738&langId=de&pubId=7850 |titel=Nicht verbindlicher Leitfaden mit bewährten Verfahren im Hinblick auf die Durchführung der Richtlinie 2013/35/EU – Elektromagnetische Felder |werk=ec.europa.eu |datum=2015-11-11 |abruf=2024-08-28}}</ref> basierend auf dem Leitfaden der EU-Kommission, durchgeführt werden. Eine Empfehlung der weiteren Vorgehensweise und eventuelle Schutzmaßnahmen lassen sich dann entsprechend der Richtlinie ''[[Richtlinie 2013/35/EU über den Schutz vor der Gefährdung durch elektromagnetische Felder|2013/35/EU]]'' aussprechen.

== Historie ==
Der deutsche Physiker [[Heinrich Hertz]] konnte 1888 die von [[James Clerk Maxwell]] in seinem Artikel ''[[Eine dynamische Theorie des elektromagnetischen Feldes]]'' theoretisch vorausgesagte elektromagnetische Welle experimentell nachweisen. Im Februar 1892 schrieb Sir William Crookes unter dem Titel ''Some Possibilities of Electricity:'' „Es ergibt sich hier die Möglichkeit einer Telegraphie ohne Drähte.“ Der Engländer Preece demonstrierte das 1896 in London mit Hilfe eines Marconischen Senders und Empfängers.

Weitere Personen, die an der Erforschung des elektromagnetischen Wechselfeldes und der elektromagnetischen Welle beteiligt waren:
* 1890: [[Édouard Branly]], Physiker und Chemiker – Paris
* 1890: Sir [[Oliver Lodge]], Professor – England
* 1894: Professor [[Augusto Righi]], Universität Bologna – Vorlesung über elektromagnetische Wellen
* 1894: [[Guglielmo Marconi]] (1874–1937), Universität Bologna – Teilnehmer an der Vorlesung
* 1895: [[Alexander Stepanowitsch Popow|Alexandr Popow]] – 250 m drahtlose Übertragung zwischen Sender u. Empfänger
* 1896: Guglielmo Marconi (geb. 1874) – britisches Patent (Nr. 12039) auf dem Gebiet der drahtlosen Telegraphie<ref>{{Patent |Land=GB |V-Nr=189612039 |Code=A |Titel=Improvements in Transmitting Electrical Impulses and Signals, and in Apparatus therefor |A-Datum=1896-06-02 |V-Datum=1897-07-02 |Erfinder=Guglielmo Marconi}} Abgerufen am 28. August 2024.</ref>
* 1882: William Henry Preece, Faraday
* 1897: William Henry Preece, Faraday, [[Adolf Slaby]] – 5,5 km Funkverbindung
* 13. Mai 1897: Geburtsstunde der drahtlosen Telegraphie
* 1901: Guglielmo Marconi (geb. 1874) – überbrückt den Atlantik per Funk

== Literatur ==
* Heino Henke: ''Elektromagnetische Felder: Theorie und Anwendung.'' Springer Vieweg, 6. Aufl., Wiesbaden 2020, ISBN 978-3-662-62234-6.
* James Clerk Maxwell: ''A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field.'' In: ''Philosophical Transactions of the Royal Society of London.'' Band 155, 1865, S. 459–512.
** Reprint: Thomas F. Torrance (Hrsg.): Maxwell: ''A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field.'' Wipf and Stock, Eugene (Oregon) 1996.
** wieder abgedruckt in: {{cite book |last=Niven |first=W. D. |title=The Scientific Papers of James Clerk Maxwell |publisher=Dover |location=New York |year=1952 |volume=Vol. 1 |language=en}}
* {{Internetquelle |autor=Kevin Johnson |url=http://www-gap.dcs.st-and.ac.uk/~history/Projects/Johnson/Chapters/Ch4_4.html |titel=James Clerk Maxwell – The Great Unknown. The Electromagnetic Field |werk=gap.dcs.st-and.ac.uk |datum=2002-05 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20080303035639/http://www-gap.dcs.st-and.ac.uk/~history/Projects/Johnson/Chapters/Ch4_4.html |archiv-datum=2008-03-03 |abruf=2024-08-28}}

== Weblinks ==
* [https://www.emf-portal.de/ Datenbank zur Forschung von EMF der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen]

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4014305-3|LCCN=sh85042168|NDL=00561479}}

[[Kategorie:Elektrodynamik]]

Elektromagnetisches Feld - Versionsgeschichte

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