Elektrosmog Teil 1: Das Abstandsgesetz

Heute möchte ich mal ein paar Gedanken zum Thema Mobilfunk und Elektrosmog äußern und die Debatte über unbeliebte Sendemasten mit einigen physikalischen Überlegungen anreichern. In diesem Zusammenhang habe ich auch ein kleines Experiment durchgeführt, von ich hier berichten möchte.

Was ist Elektrosmog und wie kann man ihn messen?

Physikalisch betrachtet ist der Begriff Elektrosmog nicht definiert. In der öffentlichen Diskussion jedoch ist in der Regel die bisher nicht abschließend nachgewiesene Belastung elektromagnetischer Felder auf Lebewesen gemeint. Solche Felder entstehen prinzipiell dort, wo elektrischer Strom fließt. Jedoch werden Hochspannungsleitungen und Mobilfunkantennen besonders kritisch gesehen. Auf diese Art von elektromagnetischen Feldern möchte ich im Folgenden näher eingehen. Die Intensität von elektromagnetischen Wellen lässt sich als Leistung verstehen, wird also in Watt gemessen. Dies entspricht der Energie, die pro Sekunde durch einen bestimmten Querschnitt transportiert wurde. Unglücklicherweise kann diese Leistung, wie wir weiter unten sehen werden, in unserer Umwelt sehr viele verschiedene Größenordnungen annehmen. Somit ist eine Angabe in Watt zwar möglich, aber sehr unpraktikabel. Im Allgemeinen bedient man sich daher der Umrechnung in einen Leistungspegel, der in Dezibel (dBm) angegeben wird. In Abbildung 1 ist der mathematische Zusammenhang zwischen µW (einem Millionstel Watt) und dBm dargestellt. Bitte beachtet die logarithmische Skalierung der x-Achse.

Abbildung 1: Mathematischer Zusammenhang zwischen µW und dBm.

Es ist erkennbar, dass zwischen der Einheit µW und dBm ein logarithmischer Zusammenhang besteht. Für die mathematisch versierten Leser sei hier kurz die Umrechnungsformel genannt, die jedoch für das weitere Verständnis dieses Artikels nicht zwingend erforderlich ist. Wichtig zu wissen ist nur, dass das Verhältnis zwischen µW und dBm nicht proportional, sondern logarithmisch ist. In diesem Artikel habe ich mal wichtige mathematische Wachstumsarten voneinander abgegrenzt, das logarithmische Wachstum war eines davon.

Gleichung 1: Zusammenhang zwischen µW und dBm

Ein Experiment zum Abstandsgesetz

Um zu verstehen, wie stark sich die Leistung eines elektromagnetischen Feldes mit zunehmender Entfernung verkleinert, habe ich ein Experiment durchgeführt. Ich habe auf meiner Terrasse einen WLAN-Repeater installiert, der mein Smartphone auch draußen mit bester Funkverbindung versorgt. Hierbei handelt es sich ja im Prinzip auch nur um eine empfangende und eine sendende Antenne, die selbstverständlich elektromagnetische Wellen abstrahlt. Nun habe ich mit meinem Smartphone in verschiedenen Abständen zum Repeater die Signalstärke in dBm gemessen. Dies geht mit meinem Android-Smartphone direkt in den Einstellungen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle1: Abstand zum Repeater und gemessene Leistung

Da ich die Entfernung nur grob abgeschritten habe, ist mir ein Fehler unterlaufen. Ich habe in Nachgang auf Google Maps festgestellt, dass ich eine größere Strecke zurückgelegt hatte als angenommen. Daher habe ich meine gezählten Schritte mit einem Korrekturfaktor multipliziert, sodass ich auf die korrekte maximale Entfernung komme. Ich unterstelle also, dass ich beim Abschreiten jeden Schritt um die gleiche Länge zu groß gewählt habe. Um die Messunsicherheit ein wenig zu reduzieren, habe ich in jeder Entfernung zwei Messungen gemacht (auf dem Hin- und Rückweg). Für jedes Wertepaar möchte ich den Mittelwert berechnen. Damit das möglich ist, muss ich zunächst mit der Gleichung 1 auf µW umrechnen. Ansonsten würde mir der logarithmische Zusammenhang zwischen µW und dBm den Mittelwert verzerren. In der rechten Spalte siehst Du den Mittelwert dargestellt. Um die Ausgangsfrage nach dem Zusammenhang zwischen Abstand und Leistung zu verstehen, habe ich die entsprechenden Messwerte in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2: Grafische Darstellung der gemittelten Messergebnisse.

Wir erkennen, dass die am Smartphone gemessene Leistung ungefähr mit dem Quadrat des Abstands zum Repeater sinkt. Dies ist genau der Zusammenhang, den uns auch die Physik lehrt: eine Verdoppelung des Abstandes zur Quelle des elektromagnetischen Feldes reduziert die gemessene Leistung auf ein Viertel. Dieser Zusammenhang ist in Abbildung 3 illustriert. Das bedeutet, dass kleine Abstände die Belastung von elektromagnetischen Feldern bereits massiv reduzieren können. In meinem Experiment konnte ich die gemessene Leistung schon mit einem Abstand von 10 m massiv reduzieren, während eine weitere Entfernung zum Repeater die Leistung nur unwesentlich reduziert haben.

Abbildung 3: Darstellung des Abstandsgesetzes. Eine Verdoppelung des Abstands senkt die Belastung pro Fläche auf ein Viertel. Quelle (Stand: 26.04.2020)

Bedeutung für die Praxis

Ich möchte an dieser Stelle nicht diskutieren, ob elektromagnetische Felder dem Menschen oder anderen Lebewesen Schaden zufügen können, da mir als Ingenieur dazu die Fachkenntnisse fehlen. Stattdessen möchte ich mich auf die Frage konzentrieren, wie wir die auf uns einwirkende elektromagnetische Leistung reduzieren können, ohne Einschränkungen im Mobilfunk zu erfahren. Große Mobilfunkantennen, die ein gewisses Gebiet erschließen sollen, sind in der Regel auf hoch gelegenen Masten oder Gebäuden installiert, sodass allein schon aufgrund ihrer Entfernung zum Boden (und damit auch zu unseren Endgeräten) das Abstandgesetz eine starke Wirkung erzielen kann. Von diesen Antennen geht also nur eine geringfügige Belastung aus, die durch einen weiteren Abstand nur unwesentlich reduziert werden kann. Viel größer dürfte die Belastung durch die Antennen der Endgeräte sein. Beispielsweise werden Smartphones häufig in unmittelbarer Nähe zum Körper getragen, sodass das Abstandsgesetz keinen ausreichenden Schutz bietet. Glücklicherweise besitzen Smartphones eine Regelung, welche die Sendeleistung auf ein notwendiges Maß begrenzt, um eine stabile Netzverbindung zu gewährleisten. Die Höhe dieses notwendigen Maßes hängt natürlich vom Abstand zum nächsten Mobilfunkmasten ab. Je geringer der Abstand, desto geringer die Sendeleistung des Endgeräts in unmittelbarer Nähe zu unserem Körper. In einer beispielhaften Rechnung habe ich angenommen, dass ein Sendemast konstant eine Leistung von 15 W abgibt. Diese Leistung ist unabhängig von meiner Entfernung zum Sendemast, da dieser auch noch viele weitere Personen mit einer Funkverbindung versorgt. Mein Smartphone hat eine maximale Sendeleistung von 0,2 W. Mit dieser Leistung ist eine maximale Reichweite von 5 km zum nächsten Sendemast möglich, ohne dass die Verbindung abreißt. Bei geringerer Entfernung wird die Sendeleistung gemäß dem Abstandsgesetz reduziert. In Abbildung 4 sind die Belastungen durch den Sendemast, das Smartphone sowie die Gesamtbelastung auf den Träger des Smartphones dargestellt.

Abbildung 4: Belastung eines Smartphonenutzers in Abhängigkeit von der Entfernung zum Sendemast.

Was bedeutet dieses Beispiel für die Praxis? Wir können erkennen, dass bei sehr kurzen Entfernungen in der Tat die Belastung durch das elektromagnetische Feld des Sendemastes überwiegt. Doch schon ab ca. 200 m Entfernung überwiegt die Leistung des Smartphones, sodass die Gesamtbelastung mit zunehmender Entfernung zum Sendemast steigt. Damit kommen wir zu einem überraschenden Ergebnis: wenn wir uns zu sehr gegen den Bau von Sendemasten wehren, werden die Abstände groß gehalten, sodass wir einer starken Belastung durch unsere Smartphones ausgesetzt sind. Würden wird dagegen viel mehr Sendemasten einsetzen, wäre der Abstand und somit die Gesamtbelastung für die Bevölkerung viel geringer. Leider wird dies bis heute nicht von unserer Politik erkannt, sodass wir wohl auch weiter mit der Infrastruktur eines Schwellenlandes leben werden müssen. Armes Deutschland.

Falls Ihr Lust habt das Experiment zu wiederholen oder die Beispielrechnung aus Abbildung 4 mit anderen Annahmewerten durchzuführen, könnt Ihr Euch nun hier meine Excel-Datei herunterladen. Viel Spaß beim rechnen und experimentieren.

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