Ratgeber
Ein magnetisches Feld bildet sich immer dann, wenn Strom durch einen Leiter fließt. In den allermeisten Fällen ist dies auch wünschenswert, beispielsweise in ein- und ausschaltbaren Elektromagneten. Manchmal allerdings ist das Feld so stark, dass es materiellen oder sogar körperlichen Schaden anrichten kann. Zum Aufspüren und Analysieren der elektromagnetischer Strahlung dienen spezielle Analysegeräte. Erfahren Sie hier, wie sie funktionieren und in welchen Bereichen sie zum Einsatz kommen.
Magnetismus ist eine Klasse physikalischer Phänomene, die durch Magnetfelder vermittelt werden. Verursacher sind elektrische Ströme sowie die magnetischen Momente von Elementarteilchen, zu finden beispielsweise in Permanentmagneten. Die Stärke eines Magnetfeldes nimmt fast immer mit der Entfernung ab, obwohl die genaue mathematische Beziehung zwischen Stärke und Entfernung variiert. Unterschiedliche Konfigurationen von magnetischen Momenten und elektrischen Strömen können zu komplizierten Magnetfeldern führen.
Permanentmagneten besitzen eine dauerhafte magnetische Eigenschaft, elektromagnetische Kraftfelder müssen dagegen durch Induktion erzeugt werden: Wird ein ferromagnetischer Kern zum Beispiel aus Eisen-, Kobalt- oder Nickellegierungen von einer stromführenden Spule umschlossen, wird der Kern magnetisch. Umgekehrt entsteht in der Spule eine Wechselspannung, wenn ein permanentmagnetischer Kern innerhalb der Spule periodisch bewegt wird. Klassische Beispiele für diese Effekte sind der Elektromotor beziehungsweise der Dynamo.
Elektromagnetische Kraftfelder umgeben uns rund um die Uhr, hervorgerufen zum Beispiel von Sendeantennen für Mobilfunk, Fernsehen oder auch WLAN. Die jeweils abgegebene Strahlung ist in der Regel für den menschlichen Körper harmlos. Ein lang andauernder Aufenthalt in starken Magnetfeldern kann allerdings medizinisch relevant sein und laut Studien zu Herzrhythmusstörungen oder Unwohlsein führen.
Das einfachste Messgerät für elektromagnetische Kraftfelder besteht im Prinzip aus einer Sensor-Spule mit angeschlossenem Signalgeber, zum Beispiel einer Leuchtdiode. Wird die Spule in die Nähe eines dynamischen Kraftfelds gebracht – etwa bei unter Putz verlegten Wechselstromleitungen – entsteht in der Spule durch Induktion eine Spannung, die nach Gleichrichtung über eine Diode die LED zum Leuchten bringt. Je näher die Spule der Leitung kommt, desto heller leuchtet die LED. Eine solche Schaltung ist vielfach integraler Bestandteil von Multimetern, kann aber auch einzeln als „Leitungsfinder“ erworben werden.
Nachteil solch einfacher Tester: Sie zeigen bei der Messung lediglich das Vorhandensein eines magnetischen Kraftfelds an, sonst nichts. Professionelle Analysatoren dagegen werden ihrem Namen gerecht und analysieren tatsächlich ein gefundenes Kraftfeld. Zu den erfassten Werten zählen in der Regel die magnetische Feldstärke, gemessen in Ampere pro Meter, die magnetische Flussdichte in Tesla beziehungsweise Gauß sowie die elektrische Feldstärke in Volt pro Meter.
Einige Modelle enthalten auch einen so genannten Hall-Sensor mit automatischer Temperaturkompensation. Für die Messung wird der Hall-Effekt genutzt:
Durchquert ein Strahl geladener Teilchen ein Magnetfeld, wirken Kräfte auf die Teilchen, die den Strahl vom geraden Weg ablenken. Infolgedessen wird eine Ebene des Hall-Leiters negativ geladen und die gegenüberliegende Seite positiv.
Die Spannung zwischen diesen Ebenen wird als Hall-Spannung bezeichnet und gilt als Maß für die magnetische Flussdichte.
Wesentlich ist – wie bei jedem Messgerät – der vorgesehene Einsatzzweck. Während für die Suche nach verdeckten Stromleitungen einfache Magnetfeld-Messgeräte genügen, sind im Bereich der genauen Analyse hochprofessionelle Systeme gefragt.
Letztere verfügen beispielsweise über mehrere Messbereiche sowohl für Gleich- wie für Wechselspannungsfelder, zeigen die Werte wahlweise in Tesla oder Gauß an und messen die Umgebungstemperatur.
Für Dokumentationen über längere Zeiträume sind Messwertspeicher unerlässlich. Zur Auswahl stehen sowohl manuelle als auch automatische Speichermöglichkeiten, der Datentransfer zur Weiterbearbeitung am PC wird über Schnittstellen wie Mini-USB gewährleistet.
Gängig sind bei diesen Magnetfeld-Analysegeräten auch LC-Displays mit fünfstelliger Anzeige der Werte, die manuelle oder automatische Kalibrierung zur Anpassung an das Erdmagnetfeld, abnehmbare kabelgebundene Sensoren und eine Spannungs-Versorgung wahlweise durch Batterien oder ein Netzteil.
Welche besonderen Sicherheitsbestimmungen sind bei der Nutzung der Messgeräte zu beachten?
Bestimmte Strahlungsquellen wie Magnetrone in Mikrowellengeräten können Magnetfelder erzeugen, die bei unzureichender Abschirmung zu erheblichen gesundheitlichen Schäden führen. Industriell eingesetzte Magnetrone im 2,45-Gigahertzbereich leisten bis zu 15 Kilowatt bei einer Anodenspannung von 12 Kilovolt. Unsachgemäße Arbeiten an solchen Strahlungsquellen sind lebensgefährlich.
Gibt es bei Magnetfeldtestern definierte Frequenzbereiche für die Messung?
Die meisten Magnetfeldtester sind für Frequenzen von 50 bis 60 Hertz ausgelegt, entsprechen somit den weltweit häufigsten Frequenzen für Haushaltsstrom. Einige Geräte besitzen einen erweiterten Messbereich, die Bandbreite reicht beispielsweise von 30 Hertz bis 300 Kilohertz.
Lässt sich mit diesen Geräten auch die Feldstärke von hochfrequenter Strahlung messen?
Einige Geräten enthalten neben den Sensoren für Netzfrequenzen zum Messen von magnetischen und elektrischen Kraftfeldern auch einen Hochfrequenzsensor. Dessen Bandbreite reicht meist von 40 Megahertz bis zu 3,5 Gigahertz, umfasst somit auch die für Mikrowellengeräte typische Frequenz von 2,45 Gigahertz. Mit einem solchen Magnetfeldtester lassen sich also sowohl die Dichtigkeit des Gehäuses für Magnetfelder als auch die für Hochfrequenzen ermitteln.
Welche Maximalwerte gelten für die Erfassung von Kraftfeldern?
Als Referenz lassen sich erfahrungsgemäß folgende Maximalwerte ansetzen:
Für magnetische Kraftfelder gelten 0 bis 10 Milligauß als niedrig, 10,01 bis 100 Milligauß als mittel und 101 bis 2000 Milligauß als hoch.
Für elektrische Kraftfelder gelten 0 bis 500 Volt pro Meter als niedrig, 501 bis 1000 Volt pro Meter als mittel und Werte über 1001 Volt pro Meter als hoch.
- Für Hochfrequenz-Feldstärken gelten 0 bis 0,99 Milliwatt pro Quadratmeter beziehungsweise 0,50 Volt pro Meter als niedrig, 1 bis 9,99 Watt pro Quadratmeter beziehungsweise 1,9 Volt pro Meter als mittel und Werte über 10 Watt pro Quadratmeter beziehungsweise 2 Volt pro Meter als hoch.