Der Elektrosmog-Detektor

Elektromagnetische Felder im Haushalt aufspüren

 

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Elektromagnetische Wechselfelder gab es immer schon in der Natur, aber seit etwa 100 Jahren haben wir begonnen, sie immer mehr zu nutzen. In vielen Fällen mit Absicht, so wie die Rundfunkwellen, in anderen Fällen aber eher unabsichtlich. Bauen Sie sich einen vielseitigen Elektrosmog-Detektor zum Aufspüren solcher Felder! Sie werden erstaunt sein, was alles um Sie herum passiert. Denn normalerweise spüren wir nichts davon. 

Elektromagnetische Wellen und Felder unterscheiden sich nach ihrer Frequenz und Wellenlänge.  Unsere Sinne erfassen nur einen sehr engen Bereich der elektromagnetischen Strahlung, nämlich das sichtbare Licht. Außerdem  können wir Wärmestrahlung spüren, was unsere Sinne in den langwelligeren Bereich erweitert. Aber von Radiowellen merken wird normalerweise nichts, außer ganz indirekt, wenn wir Radios, Fernseher oder mobile Telefone benutzen.

Schon seit Urzeiten sind wir von elektromagnetischen Feldern umgeben, von denen wir nichts wahrnehmen können. Da gibt es langwellige Aussendungen naher und ferner Gewitter, aber auch Radiowellen, UV-Stahlen und sogar Gammastrahlen aus den Weiten des Alls, denen wir seit Urzeiten ausgesetzt sind, die aber erst in jüngerer Zeit genauer erforscht werden konnten.

Interessant sind auch Wechselfelder, die mehr oder weniger zufällig und ohne eigentliche Absicht erzeugt werden und oft als Elektrosmog bezeichnet werden. Sie stammen meist von technischen Geräten im Haushalt, von denen wir in einigen Fällen nicht einmal bewusst wahrnehmen, dass sie überhaupt aktiv sind. Um wirklich zu erfassen, was um uns herum passiert braucht man einen speziellen Detektor für elektrische und magnetische Wechselfelder. Bauen Sie sich ein solches Gerät und untersuchen Sie Ihre Umwelt!

1 Aufbau des Geräts

 

Ihr Bausatz enthält eine fertig bestückte Platine mit zahlreichen SMD-Bauteilen. Dazu gibt es einige Teile, die Sie selbst anlöten müssen.

Die bestückte SMD-Platine ((Platine1.jpg))

Die Bauteile

Platine
Lautsprecher
Batterieclip für 9-V-Block
Potentiometer 47 kΩ mit Schalter
Spule mit 100 mH
Schaltdraht
LED rot
LED grün

Spule und LEDs ((Bauteile1.jpg))

 

Montage

Bauen Sie zuerst das Potentiometer (kurz: Poti) in das Gehäuse ein. Beachten Sie die Einbaurichtung, die durch eine kleine Lasche festgelegt wird, die in ein Loch neben der Achse passen muss und das Poti gegen Verdrehen sichert. Vergessen Sie nicht die Unterlegscheibe und schrauben Sie die Überwurfmutter mit einer Flachzange ausreichend fest.

Setzen Sie den Lautsprecher ein. Er wird seitlich in den passenden Schlitz geschoben und sollte zusätzlich mit etwas Klebstoff gesichert werden. An dieser Stelle soll bereits ein Bild der fertig eingebauten Platine stehen, damit Sie sich das Endergebnis besser vorstellen können.  Im Folgenden wird  im Detail beschrieben, wie die einzelnen Bauteile angelötet werden müssen.

 

Der vollständige Aufbau ((Aufbau2.jpg)) 

 

 

Lötarbeiten

 

Betrachten Sie die Platine genauer. Im mittleren Bereich sind alle Bauteile bereits aufgelötet. Diese Arbeit hat ein Bestückungsautomat für Sie erledigt, sodass Sie sich nur noch um die äußeren Anschlüsse kümmern müssen. Jeder Anschluss hat eine rechteckige Fläche und eine Bohrung, durch die der jeweilige Draht geschoben wird.

 

Das Platinenlayout mit Anschlussbezeichnungen ((board1.jpg))

 

Bauen Sie zuerst die rote und die grüne LED ein. Sie dienen später dazu, die Stärke eines elektrischen oder magnetischen Wechselfelds anzuzeigen.  Der Anschluss K (Kathode) gehört jeweils zum kürzeren Anschlussdraht, A (Anode) dagegen zum längeren. Stecken Sie zuerst die rote LED in die Anschlüsse K1 und A1 und löten Sie sie mit ungekürzten Drähten an. Wiederholen Sie den Vorgang für die grüne LED und die Anschlüsse K2 und A2. Beide LEDs sollen hoch über der Platine stehen, damit Sie sie später umbiegen und neben der Platine durch die passenden Löcher stecken können.

 

LEDs und Spule eingelötet ((Platine2.jpg))

Löten Sie auch die Spule an. Sie dient als Antennenspule für magnetische Wechselfelder. Es gibt in diesem Fall keine festgelegte Einbaurichtung. Stecken Sie die Spule durch die Löcher der Anschlüsse M1 und M2 und löten Sie sie mit möglichst langen Anschlüssen fest.

Als nächstes folgen die Anschlüsse zum Poti und zum Lautsprecher.  Sie bestehen jeweils aus kurzen Drahtstücken, die gleichzeitig dazu dienen, die Platine mechanisch zu befestigen. Im Endausbau hängt die Platine also zwischen dem Poti, dem Lautsprecher und den eingebauten LEDs. Die Drähte sollen daher nicht länger als nötig sein. Schneiden Sie fünf  passende Drahtstücke mit einer Länge von je 2 cm ab und entfernen Sie die Isolierung an beiden Enden auf einer Länge von etwa 5 mm. Beginnen Sie mit den drei Anschlüssen P1, P2 und P3 zum Poti. 

Die Lötverbindungen im Detail ((Platine3.jpg))

Die Platine ist damit an einer Seite befestigt. Gegenüber stehen die beiden LEDs. Biegen Sie diese nun so um, dass sie genau in die zugehörigen Löcher im Gehäuse passen. Drücken Sie die LEDs dann in ihre Löcher, was etwas Kraft erfordert. Nach Möglichkeit sollte alles beim ersten Versuch passen, damit die Löcher nicht unnötig aufgeweitet werden und die LEDs gut festhalten.  Wenn alles fertig aufgebaut ist können die LEDs mit etwas Klebstoff zusätzlich gesichert werden.

Die Platine sollte nun parallel zum Gehäuse zwischen Poti und LEDs stehen. Zwei weitere kurze Drähte von 4 cm stellen die  Verbindung von LS+ und LS- zum Lautsprecher her. Damit wird die Platine von drei Seiten gehalten.

Jetzt fehlt noch der Anschluss des Batterieclips und des Schalters. Löten Sie einen etwa 3 cm langen Draht vom Anschluss U+ zum näher gelegenen Anschluss des Schalters auf dem Poti.  An den anderen Schalteranschluss muss das rote Kabel des Batterieclips (der Pluspol) gelötet werden. Der Minuspol (schwarzes Kabel) wird an den Anschluss U- auf der Platine gelötet.

Der Anschluss E dient zur Verbindung mit dem Antennendraht für den Empfang von E-Feldern.  Verwenden Sie hierfür zunächst den gesamten verbleibenden Rest des Schaltdrahtes. Später kann die Antenne noch gekürzt werden, aber für die ersten Versuche ist eine lange Antenne günstiger. Nur an einer Seite soll die Isolierung entfernt werden. Am anderen Ende soll eine kleine Schlaufe gewickelt werden. Sie dient dazu, eine Verletzungsgefahr auszuschließen wenn die Antenne aus dem Gerät ragt.

Der Aufbau ist damit beendet. Testen Sie das Gerät mit einer 9-V-Batterie.  Verwenden Sie im Interesse der Sicherheit beim Experimentieren eine normale Zink-Kohle-Batterie. Eine Alkali-Batterie ist deshalb problematisch, weil sie im Falle eines Kurzschlusses sehr viel Strom liefern kann. Sobald alles erfolgreich getestet ist soll die Batterie mit doppelseitigem Klebeband im Gehäuse befestigt werden.

2. Der erste Test

 

Schalten Sie das Gerät ein. Dabei sollte ein leises Knacken aus dem Lautsprecher zu hören sein, ein erster Hinweis, dass die Verbindungen korrekt sind. Das Poti soll noch am linken Anschluss stehen.

Berühren Sie den isolierten Antennendraht mit dem Finger. Aus dem Lautsprecher hören Sie ein Brummen, Summen oder Rauschen. Die rote und die grüne LED leuchten hell auf. An manchen Orten kann aber auch schon ohne Berührung der Antenne etwas zu hören sein. Das hängt ganz von den vorhandenen elektrischen Wechselfeldern ab, die in den meisten Fällen von nahen Elektrokabeln stammen. Die Lautstärke hängt von der elektrischen Feldstärke und damit vom Abstand zu den entsprechenden Kabeln ab. Testen Sie das Gerät an unterschiedlichen Orten. Schwache Felder werden mit geringer Lautstärker hörbar. Ab einer gewissen Feldstärke beginnt die rote LED zu leuchten. Bei noch größerer Feldstärke leuchtet dann zusätzlich auch die grüne LED. 

Drehen Sie das Poti ganz nach rechts. Damit wird die elektrische Antenne abgeschaltet und die Antennenspule für magnetische Felder eingeschaltet. Das Gerät reagiert nun kaum noch auf eine Berührung der Antenne und ist in den meisten Fällen still. Allerdings können Sie in dieser Einstellung ein stärkeres Grundrauschen hören. Nähern Sie die Antennenspule einem eingeschalteten Gerät mit Netzanschluss. Je nach Gerät hören Sie ein Brummen oder Pfeifen. Aus der Stärke des Signals kann die Lage eines eingebauten Transformators ermittelt werden. Auch hier wieder zeigen die beiden LEDs die Feldstärke an.

Das Poti Ihres Geräts dient als Hauptschalter und als Umschalter für die elektrische und die magnetische Antenne. Ganz links werden elektrische Felder erfasst, ganz rechts magnetische Felder. Halb links empfängt das Gerät nur noch elektrische Felder höherer Frequenz. Damit lassen sich besondere Messungen durchführen, die im folgenden Kapitel beschreiben werden. Genau in Mittelstellung werden sowohl elektrische als auch magnetische Felder erfasst. Meist gibt es an einem Ort sowohl elektrische als auch magnetische Felder. Mit verschiedenen Einstellungen des Potis erhält man unterschiedliche Klangeindrücke. Nach einigen Experimenten werden Sie die Beobachtungen deuten können.

Falls das Gerät nicht richtig funktioniert müssen Sie den Fehler suchen. Wenn Sie weder einen Ton aus dem Lautsprecher hören noch ein Leuchten der LEDs sehen, liegt der Fehler vermutlich im Bereich der Stromversorgung. Überprüfen Sie die Batterie und die richtige Polung des Batterieclips sowie die Verbindungen um Schalter und zur Platine. Falls Sie zwar Geräusche aus dem Lautsprecher hören aber die LEDs niemals leuchten wurde vermutlich eine der LEDs falsch herum eingebaut. Überprüfen Sie dann die Polung beider LEDs. Der Kathodenanschluss ist an dem größeren Kontakt im Inneren der LED und an einer Abflachung am Plastikgehäuse zu erkennen.

 

 

3 Messungen und Experimente

 

Für die eigentlichen Messungen ist es praktisch wenn die elektrische Antenne innerhalb des Geräts liegt. Kürzen Sie die Antenne auf eine Länge von 30 cm und formen Sie eine Schlaufe, die gerade in das Gehäuse passt. Die gesamte Vorderseite des Geräts bildet damit eine elektrische Antenne, wobei die elektrischen Wechselfelder durch das Gehäuse dringen.  Die Spule der magnetischen Antenne soll in einem Winkel von 45 Grad schräg gebogen werden, sodass sie gerade in das Gehäuse passt.

3.1   Elektrische Felder

Suchen Sie nach elektrischen Wechselfeldern mit der Netzfrequenz 50 Hz. Der Einstellregler muss dazu am linken Anschlag stehen. Nähern Sie das Gerät einem Elektrokabel. Sie hören ein Brummen und ab einer gewissen Distanz beginnen auch die LEDs zu leuchten.

-         Gehen Sie durch die Wohnung und untersuchen Sie, wo die stärksten elektrischen Felder auftreten. Versuchen Sie feldfreie Orte zu finden.

-         Testen Sie auch die elektrischen Felder an Wänden, um Kabel unter dem Putz aufzuspüren.   

-         Testen Sie elektrischen Leitungen mit ein- und ausgeschalteten Lampen. Am Kabel einer Lampe kann sich im ausgeschalteten Zustand je nach Richtung des Steckers ein stärkeres oder schwächeres elektrisches Feld zeigen. Drehen Sie den Stecker zum Test einmal um.

-         Untersuchen Sie elektrische Felder nahe an elektrischen Geräten. Das Ergebnis hängt stark davon ab, ob ein Gerät elektrisch abgeschirmt ist, also ein geerdetes Metallgehäuse besitzt. Dies ist bei den meisten PCs der Fall, nicht aber bei Geräten wie Kaffeemaschinen oder Radios.

-         Testen Sie das elektrische Feld in der Nähe einer Leuchtstofflampe. Sie erzeugt impulsartige Feldänderungen bei jeder Halbwelle der 50-Hz-Wechselspanung. Diese Signale können noch in größerer Entfernung gehört werden als das elektrische Feld einer Glühlampe. 

-         Ein Mikrowellenherd, eine Waschmaschine oder ein Elektroherd sollte im ausgeschalteten Zustand kein elektrisches Feld zeigen, sofern das Gehäuse ordnungsgemäß mit dem Schutzleiter verbunden ist. Ihr Gerät kann helfen, Fehler im Zusammenhang mit der elektrischen Sicherheit aufzuspüren.

-         In vielen Fällen hören Sie einfach das schon bekannte 50-Hz-Brummen. In anderen Fällen mischen sich aber noch andere Töne dazu. Sie hören dann ein Rauschen, Pfeifen oder Knattern. Meist geht es dabei um Geräte mit Schaltnetzteilen, die höhere Frequenzen erzeugen. Um solche Signale genauer zu untersuchen, muss das Poti etwas nach rechts gedreht werden.

-         Kleine elektrische Geräte mit LCD-Anzeigen erzeugen fast immer auch elektrische Wechselfelder. Testen Sie Taschenrechner, digitale Thermometer und andere Kleingeräte. Jedes hat seinen eigenen Kang. Ihr Elektrosmog-Detektor kann daher auch zur Fehlersuche eingesetzt werden.

 

3.2   E-Felder höherer Frequenz

Der Antenneneingang des Geräts eignet sich zum Empfang niedriger Frequenzen, wenn das Poti am Linksanschlag steht. Drehen Sie etwas weiter nach rechts, werden die 50-Hz-Brummsignale allmählich leiser, nicht aber die Signale mit höherem Frequenzanteil. Die elektrische Antenne ist zwar auch bei Linksanschlag empfindlich für hohe Frequenzen, diese Signale werden aber oft durch die wesentlich stärkeren 50-Hz-Fleder übertönt. Indem Sie diese ausblenden können Sie Signale hoher Frequenz ungestört genauer untersuchen.

-         Suchen Sie nach Schaltnetzteilen. Allgemein sind die meisten neueren Steckernetzteile und Ladegeräte Schaltnetzteile. Intern erzeugen Leistungstransistoren eine höhere Frequenz, meist über 20 kHz, die mit einem kleineren Transformator mit einem besseren Wirkungsgrad übertragen wird. Jedes Gerät erzeugt dabei als unerwünschtes Nebenprodukt auch elektromagnetische Wechselfelder, die sich ganz unterschiedlich anhören können. Sie hören ein Pfeifen, Schnarren, Brummen oder Knattern, das sich in vielen Fällen mit dem Belastungszustand ändert. In einigen Fällen sind diese Wechselfelder auch die Ursache von Funkstörungen in Radiogeräten oder Amateurfunkempfängern.

-         Suchen sie nach Geräten im Standby-Betrieb. Viele Geräte erzeugen auch dann noch hochfrequente Wechselfelder, wenn sie nicht in Betrieb sind. Das bedeutet einerseits, dass auch im ausgeschalteten Zustand noch ein geringer Energieverbrauch vorliegt und andererseits, dass unnötige Wechselfelder erzeugt werden, die teilweise darüber hinaus auch noch Funkstörungen verursachen können. Teilweise ist der Standbybetrieb unvermeidlich, weil ein Gerät mit einer Fernbedienung eingeschaltet werden soll. In anderen Fällen können Sie etwas dagegen tun, indem Sie nicht verwendete Geräte vom Netz trennen.

-         Untersuchen Sie die Abstrahlungen von Energiesparlampen. In den meisten Fällen entstehen starke Signale, weil intern Frequenzen um 40 kHz verwendet werden. Einige Lampen sind schlecht entstört und verursachen gleichzeitig Funkstörungen, die sich hauptsächlich im Mittelwellenbereich auswirken.

-         Testen Sie die HF-Signale schnurloser Telefone. Im aktiven Zustand hören Sie meist ein Knattern, das auf die impulsartigen Datenpakete der digitalen Übertragung zurückgeht. Wird ein Gerät angerufen, antwortet es zunächst mit voller Sendeleistung. Sobald eine Verbindung aufgebaut ist, reduziert sich die Sendeleistung auf das erforderliche Niveau, sodass die Signale schwächer werden.

-         Untersuchen Sie elektrische Wechselfelder an Fernsehern und Flachbildschirmen. Oft finden Sie unterschiedliche Klänge an unterschiedlichen Stellen. In einigen Fällen sind die Geräusche vom gerade dargestellten Bildinhalt abhängig. So kann man sich vorstellen, dass Geheimdienste versuchen, aus den abgestrahlten Feldern Inhalte zu rekonstruieren.

-         Halten Sie das Gerät nahe an das Touch-Feld eines Laptops. Sie hören Signale, die sich beim Berühren mit dem Finger ändern. Hier werden elektrische Felder mit Absicht verwendet um die Position eines Fingers auszuwerten.

 

3.3   Magnetischer Felder

Drehen Sie das Poti ganz nach rechts. Nun ist der Verstärker für elektrische Felder abgeschaltet und nur noch der magnetische Empfänger aktiv. Am Umschaltpunkt hört man in jedem Fall einen Anstieg des Grundrauschens, weil für die magnetische Antenne eine höhere Verstärkung eingesetzt wird. Die Antenne selbst ist eine Spule mit vielen Drahtwindungen auf einem Ferritkern. Magnetische Wechselfelder induzieren eine Spannung in der Spule, die dann verstärkt und ausgewertet wird. Bei der magnetischen Antenne spielt grundsätzlich die Richtung der Feldlinien eine Rolle. Wenn Sie das Gerät im Raum drehen, finden Sie einen Winkel maximaler Signalstärke und einen Winkel bei dem das Signal fast völlig verschwindet.

-         Testen Sie alle erreichbaren Orte und Geräte in der Wohnung. Starke 50-Hz-Brummsignale treten vor allem in der Nähe von Transformatoren auf. Aber auch in der Nähe stromduchflossener Leitungen wird ein Magnetfeld erkannt. Schalten Sie einen Verbraucher aus, sollte das magnetische Wechselfeld verschwinden.

-         Ältere Geräte verwenden meist Netztransformatoren mit Eisenkern und sind an ihrem starken Magnetfeld zu erkennen. Je größer ein Transformator ist, desto weiter reicht sein Wechselfeld. Kleine Transformatoren sind meist bis zu einer Entfernung von 10 cm zu erkennen.

-         Finden Sie Geräte mit Transformatoren, die im Standby-Betrieb noch aktiv sind. Während alte Röhrenradios ihnen Ein-Ausschalter direkt in der Netzleitung hatten, hat man spätere Radios oft mit einem Einschalter im Sekundärkreis des Trafos gebaut, weil damit die elektrische Sicherheit leichter zu erreichen war. Der Nachteil ist aber, dass solche Trafos dann auch im ausgeschalteten Zustand permanent Energie verschwenden.

-         Ein Elektroherd ist zwar abgeschirmt, sodass kein elektrisches Feld feststellbar ist, Die Heizplatten erzeugen jedoch ein magnetisches Wechselfeld, das trotz der Abschirmung messbar ist. Sie können feststellen, welche Heizplatte gerade eingeschaltet ist.

-         Testen Sie das starke Wechselfeld eines Induktionsherds. Hier wird mit Absicht ein extrem starkes magnetisches Wechselfeld hoher Frequenz erzeugt, das zu einer induktiven Erwärmung im Boden eines Kochtopfs führt.

-         Untersuchen Sie Geräte auf die Art des verwendeten Netzteils. Neuere Geräte verwenden meist Schaltnetzteile, die zwar weniger Energieverluste haben, dafür aber mehr Funkstörungen verursachen können. Der Klang solcher Geräte unterscheiden sich deutlich vom tiefen Brummen älterer Transformatoren.

-         Halogenlampen mit elektronischen Trafos arbeiten wie Schaltnetzteile mit hohen Frequenzen. Meist liegt diese Wechselspannung direkt an den Lampen. Im Umfeld der Zuleitungen können dann starke Magnetfelder festgestellt werden. In vielen Fällen sind diese mit extrem starken Funkstörungen im Mittelwellenbereich verbunden.

-         Testen Sie magnetische Wechselfelder im Umfeld von Elektromoren. In vielen Fällen kann man die Drehzahl hören, auch bei einem Motor der gerade abgeschaltet wurde und langsam ausläuft.

-         Untersuchen Sie die magnetischen Felder nahe an einem Mikrowellenherd. Üblicherweise ist nur das Magnetfeld des großen internen Transformators feststellbar, während die Mikrowellenstrahlung selbst gut abgeschirmt ist.

-         Halten Sie das Gerät nahe an ein Quarzuhrwerk. Der eigenbaute Schrittmotor erzeugt magnetische Wechselfelder im Sekundentakt. Falls die Uhr ihren Dienst einstellt, können Sie hören, ob die Elektronik noch arbeitet oder eine neue Batterie gerbraucht wird.

-         Eine Infrarotfernbedienung erzeugt wegen der hohen Impulsströme der Infrarot-Sendediode auch ein magnetisches Feld, das mit Ihrem Gerät deutlich zu hören ist. So können Sie die Funktion einer Fernbedienung überprüfen.

3.4   Gemischter Felder

Stellen Sie das Poti in Mittelstellung, sodass gerade schon die magnetische Antenne aktiv ist, was am stärkeren Rauschen erkennbar ist. In diesem Bereich ist auch noch die elektrische Antenne für höhere Frequenzen aktiv. Viele Geräte erzeugen sowohl elektrische als auch magnetische Wechselfelder. Im Einzelfall können Sie dann durch unterschiedliche Einstellungen herausfinden, welches Feld überwiegt.

-         Untersuchen Sie eine Energiesparlampe im Betrieb. Nahe am Schraubsockel existieren starke Magnetfelder, die von einer Spule stammen. Nahe der Glasröhre überwiegen dagegen die elektrischen Felder.

-         Ein Laptop zeigt an manchen Stellen magnetische Felder, an anderen Stellen elektrische Felder.  Sie können herausfinden, wo im Gerät sich Schaltregler und Spulen befinden.

-         Starke AM-Sender können direkt aus dem Lautsprecher hörbar werden. Sie hören Musik oder Sprache naher Sender, wenn Sie die elektrische Antenne direkt berühren. Suchen Sie nach der besten Einstellung des Potis.

-         Beim Betätigen eines Schalters entstehen oft Knackstörungen, die den Radioempfang stören können, die aber auch in Ihrem Elektrosmog-Detektor hörbar werden.

-         Wenn Sie selbst sich auf einem Teppich oder Kunststoffboden elektrisch aufgeladen haben und einen leitenden Gegenstand berühren, entstehen kleinste elektrische Entladungen, die elektromagnetische Impulse verursachen. In Ihrem Gerät hören Sie Knackgeräusche. Das gleiche Phänomen kann beobachtet werden, wenn Sie einen Wollpullover ausziehen oder eine Wolldecke anheben.

-         Untersuchen Sie elektrische und magnetische Felder unter Hochspannungsleitungen und in der Nähe Hochspannungstransformatoren.  Diese Felder sind meist geringer als vermutet, weil die größeren Spannungen und Ströme durch größere Abstände ausgeglichen werden.

-         Suchen Sie Orte in der freien Natur, an denen möglichst geringe Feldstärken existieren. Lauschen Sie auf solche Signalen, die aus der Natur stammen. Dies sind vor allem Radiowellen naher Gewitter. Manchmal hört man pfeifende Signale mit veränderlicher Frequenz, die als Whistler bezeichnet werden. Dabei handelt es sich um Resonanzphänomene in der Ionosphäre, die durch weit entfernte Gewitter angeregt werden. Solche Versuche gelingen leichter, wenn Sie die Antenne aus dem Gerät führen und lang noch oben halten. Achtung, beenden Sie Ihre Versuche im Freien bei einem nahen Gewitter, um nicht von einem Blitz getroffen zu werden. Die Messungen können aber in geschlossenen Räumen weitergeführt werden.

 

4       Felder und Wellen

 

Was genau sind eigentlich elektromagnetische Wechselfelder? Schon die alten Griechen kannten elektrische Kräfte. Wenn man Bernstein (griechisch: Elektron) reibt, kann man anziehende Kräfte auf kleine Papierschnipsel beobachten. So kommen unsere Worte im Zusammenhang mit der Elektrizität letztlich vom griechischen Wort für Bernstein. Derselbe Effekt wird auch mit allen Arten von Kunststoff und Kunstfasern beobachtet. Das kennen Sie ja, wenn man frisch gewaschene Haare gut trocknet und dann lange kämmt, lädt sich der Kamm elektrisch auf und zieht die Haare an.

 

Elektrische Kräfte  ((Haare.jpg))

Inzwischen weiß man, dass es positive und negative elektrische Ladungen gibt, zwischen denen anziehende Kräfte wirken. Alle elektrischen Geräte und die ganze Elektronik beruhen auf diesen Erkenntnissen.

Magnetische Kräfte sind ebenfalls schon lange bekannt. In der Seefahrt wurden schon früh einfache Kompasse verwendet, lange bevor man genau wusste, was es damit auf sich hat. Magnete sind heute allgemein bekannt. Wir wissen, dass jeder Magnet zwei Pole hat, die man als Nordpol und Südpol bezeichnet. Ungleiche Pole ziehen sich an. Und man kann Gegenstände aus Eisen mit dem Magneten anziehen.

Magnetische Kräfte  ((Magnet.jpg))

 

Lange Zeit wusste man zwar etwas über elektrische und magnetische Kräfte, aber dass es da einen Zusammenhang zwischen beiden gibt, das kam erst relativ spät zum Vorschein. Die erste Beobachtung ist: Wenn ein elektrischer Strom fließt, entsteht ein magnetisches Feld. Ein starkes magnetisches Feld kann man mit einer Drahtspule erzeugen, durch die ein großer Strom fließt. Ein Eisenkern verstärkt das magnetische Feld.

Ein Elektromagnet ((Emagnet.jpg))

Solche Spulen mit Eisenkern gibt es in vielen elektrischen Geräten wie z.B. Transformatoren und Motoren. Und dass um sie herum magnetische Felder entstehen, können Sie mit Ihrem Detektor nachweisen.

Der umgekehrte Fall, dass nämlich elektrische Felder im Zusammenhang mit magnetischen Kräften entstehen, war nicht ganz so einfach zu entdecken. Es funktioniert nämlich nur dann, wenn sich die magnetischen Felder zeitlich ändern. Man spricht in diesem Zusammenhang von Wechselfeldern. Wie das funktioniert sieht man an einem Dynamo. Man lässt einen Magneten rotieren. In einer Spule entsteht dann eine elektrische Spannung.

Ein Dynamo ((Dynamo.jpg))

Als das bekannt wurde dauerte es nicht mehr lange, bis Generatoren und ganze Kraftwerke die elektrische Energie für alle nutzbar machten. Elektrisches Licht und viele Haushaltsgeräte wurden erfunden, und dann ging der technische Fortschritt immer schneller voran.

Ein Meilenstein der Wissenschaft war die Entdeckung der elektromagnetischen Wellen, die sich wie das Licht mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, also mit 300 000 km/s. Es war keine Erfindung, sondern eine Entdeckung, denn es gab sie immer schon, z.B. ein Form von langwelligen Radiowellen als Folge von Gewittern oder in Form sehr kurzwelliger Wellen des Sonnenlichts. Das Prinzip ist immer gleich: Elektrische Wechselfelder erzeugen magnetische Wechselfelder und diese wiederum elektrische Felder und immer so weiter. Deshalb spricht man von elektromagnetischen Wellen. Elektrische und magnetische Felder treten hier immer zusammen auf.

Ein Sender ((Sender.jpg))

Die ersten Rundfunksender verwendeten niedrige Frequenzen und damit große Wellenlängen. Ein Mittelwellensender mit einer Frequenz von einem Megahertz (1 MHz = 1 000 000 Hz) erzeugt Wellen mit einer Wellenlänge von 300 Metern. Später ging man dann über zu höheren Frequenzen und kürzeren Wellenlängen. Diese Entwicklung hält auch heute noch an. Forscher bemühen sich um nutzbringende Anwendungen immer kürzerer Wellenlängen.

Die folgende Tabelle zeigt Frequenzen, die zugehörigen Wellenlängen und die technische Anwendung für den gesamten Bereich, der mit dem Elektrosmog-Detektor untersucht werden kann.

 

Frequenz

Wellenlänge

Anwendung

50 Hz

 6 000 km

Kraftwerke/Steckdose

50 Hz bis 15 kHz

6 000 km bis 20 km

Audiosignale

15 kHz bis 100 kHz

20 km bis 3 km

Zeitzeichensender, Schaltnetzteile

100 kHz bis 100 MHz

3 000 m bis 3 m

Rundfunksender, LW bis UKW

100 MHz bis 1000 MHz

3 m bis 30 cm

Fernsehen, digitales Radio, Telefone

 

Das Spektrum elektromagnetische Wellen hört aber nicht bei 10o0 MHz auf sondern erstreckt sich noch sehr viel weiter. Es folgen Mikrowellen, Millimeterwellen, Wärmestrahlung, das sichtbare Licht, ultraviolettes Licht, Röntgenstrahlung und Gammastrahlen sowie die noch kurzwelligere Höhenstrahlung. Alle Strahlen mit Wellenlängen unterhalb der des sichtbaren Lichts haben eine ionisierende Wirkung und sind für den Menschen gefährlich.

In den meisten Fällen beobachtet man nur einen engen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu einer Zeit. Wenn Sie z.B. den Sternenhimmel mit bloßen Augen betrachten, sehen Sie nur das sichtbare Licht. Mit anderen Instrumenten kann man aber feststellen, dass ferne Galaxien auch Radiowellen, Infrarotstrahlung, Röntgenstrahlung und sogar Gammastrahlen aussenden. 

Wenn Sie ein Radio einschalten, empfangen Sie im Normalfall nur eine ganz bestimmte Frequenz, die zu dem gerade eingestellten Sender gehört. Manchmal hören Sie dann zufällig noch andere Signale. Sie können zum Beispiel knackende Störgeräusche hören, die beim Betätigen eines Lichtschalters entstehen. Oder Sie hören auf Lang- und Mittelwelle nebenbei auch die typischen Gewitterstörungen und wissen daher von der Existenz eines nahen Gewitters.

Mit dem Radio beobachten Sie immer nur die Ausstrahlungen auf einer bestimmten Frequenz. Wenn Sie aber große Frequenzbereiche gleichzeitig untersuchen wollen, brauchen Sie ein spezielles Gerät. Der Breitband-Elektrosmog-Detektor erkennt elektrische und magnetische Wechselfelder in einem großen Frequenzbereich. Zwischen etwa 50 Hz und 1000 MHz entgeht Ihnen kaum noch etwas. Sie werden deshalb Wechselfelder entdecken, deren Existenz Sie nicht vermutet hätten.

 

5 Messbereiche und Grenzwerte

 

Viele Menschen bewegt die Frage, welche elektrischen und magnetischen Felder nützlich oder schädlich sind. Dass Sonnenstrahlen sowohl nützlich als auch schädlich sein können ist allgemein bekannt. Es kommt sehr stark auf die Dosis an. Wir brauchen das Licht, aber zu viel schädigt unsere Haut und die Augen.

Wellen und Strahlen sind eigentlich nur zwei Ausdrücke für das gleiche Phänomen. Im Zusammenhang mit kurzen Wellenlängen spricht man häufiger von Strahlen, bei langen Wellenlängen mehr von Wellen. Radiowellen geringer Frequenz wirken kaum auf den menschlichen Körper. Es gibt eine Wärmewirkung, die aber im normalen Alltag keine Rolle spielt. Im Nahbereich einer Sendeantenne eines Senders mit mehreren Kilowatt Sendeleistung kann die Wärmewirkung allerdings gefährlich werden. Die Radiowellen wirken dann ähnlich wie in einem Mikrowellenherd. Es gibt aber auch medizinische Anwendungen, bei denen Radiowellen eingesetzt werden, um tiefliegende Gewebeschichten zu erwärmen und damit eine heilende Wirkung zu erzielen.

Bei sehr kurzen Wellenlängen unterhalb der des sichtbaren Lichts gibt es neben der Wärmewirkung auch noch eine ionisierende Wirkung der Strahlung, die sich auch schon bei geringen Intensitäten auswirken kann. So wird zum Beispiel schwache Gammastrahlung aus dem Weltall immer wieder einzelne Körperzellen schädigen.

Ihr Elektrosmog-Detektor erkennt dagegen niederfrequente Felder bis in den Bereich der Radiowellen. Ob diese ebenfalls eine schädliche Wirkung auf den Körper ausüben können ist umstritten. Bekannt ist die leicht messbare Wärmewirkung, die aber meist wegen der geringen Intensitäten keine Rolle spielt. Einige Menschen vermuten schädliche Wirkungen elektromagnetischer Wellen, die nicht auf die Wärmewirkung zurückzuführen sind, sondern auf bisher unbekannte Effekte, die aber nur schwer nachweisbar sind.

Es gibt gesetzliche Grenzwerte für elektrische und magnetische Felder in Bereichen rund um elektrische Anlagen mit einer Frequenz von 50 Hz, wo denen sich Menschen aufhalten. Sie sollen sicherstellen, dass niemand zu Schaden kommt.

Elektrische Felder: 5000 V/m
Magnetische Felder: 100 µT

Die elektrische Feldstärke hat die Maßeinheit Volt pro Meter (V/m). Für elektrische 50-Hz-Felder kann man vereinfachend also davon ausgehen, dass ein Kabel mit einer Spannung von 5000 V im Abstand von einem Meter noch ungefährlich ist. Die Netzspannung im Haus ist mit 230 V rund 20-mal kleiner. Deshalb wird der Grenzwert in einem Abstand von 5 cm eingehalten. Wenn man bedenkt, dass elektrische Kabel immer mindestens zwei Adern haben und eine davon an Erde angeschlossen ist, kann man abschätzen, dass der Grenzwert sogar noch im Abstand 2,5 cm sicher eingehalten wird.

Ihr Elektrosmog-Detektor ist kein hochgenaues Messgerät, insbesondere weil die Empfindlichkeit im Interesse vielseitiger Messungen mit der Frequenz deutlich ansteigt. Er kann jedoch elektrische 50-Hz-Wechselfelder nachweisen, deren Feldstärke weiter unterhalb des gesetzlichen Grenzwerts liegt. Wenn die rote LED leuchtet, ist die elektrische Feldstärke etwa 500 V/m, also etwa 10-fach unter dem Grenzwert. Die grüne LED beginnt ab etwa 1000 V/m zu leuchten. Schon ab etwa 100 V/m reagiert der eingebaute Lautsprecher. Ein angeschlossenes Netzkabel wird meist schon in einem Abstand von einem halben Meter hörbar.

Interessant sind die Verhältnisse unter Hochspannungsleitungen. Eine solche Leitung kann z.B. eine elektrische Spannung von 220 kV haben und 10 m über Ihrem Kopf hängen. Gäbe es nur einen Draht, könnte man die elektrische Feldstärke mit 220 kV / 10 m = 22 kV/m abschätzen. Sie läge dann über dem gesetzlichen Grenzwert. Tatsächlich gibt es aber immer drei Drähte für den verwendeten Dreiphasen-Strom (Drehstrom). Die Felder der drei Drähte heben sich in einiger Entfernung größtenteils auf, sodass die Grenzwerte eingehalten werden. Sicher werden Sie trotzdem einmal untersuchen, ob die Felder noch nachweisbar sind.

Die magnetische Flussdichte misst man in Mikrotesla (µT). Die Empfindlichkeit der Magnetfeldmessung ist besonders stark von der Frequenz abhängig. Bei 1000 Hz leuchtet die rote LED  schon bei einem Wechselfeld mit weniger als 0,1 µT. Bei magnetischen Wechselfeldern mit der Netzfrequenz 50 Hz beginnt die rote LED ab etwa 50 µT zu leuchten, die grüne ab rund 100 µT, also etwa beim gesetzlichen Grenzwert. Ein typischer Transformator kleiner Leistung (Steckernetzgerät) kann ab etwa 10 cm nachgewiesen werden. Große Transformatoren findet man z.B. in Wohngebieten, wo das 10-kV-Netz auf eine Spannung von 230 V für die Hausanschlüsse heruntertransformiert wird. Oft hört man ein leises Brummen dieser Transformatoren und kann vermuten, dass es da auch ein magnetisches Wechselfeld gibt. Bis zu welcher Entfernung ein großer Transformator mit Ihrem Gerät nachweisbar ist werden Sie sicher ausprobieren.

6 Schaltungsbeschreibung

 

Die Schaltung ist rund um den vierfachen Operationsverstärker LM324 aufgebaut. Es gibt zwei getrennte Vorverstärker für die elektrische Drahtantenne und magnetische Spulenantenne. Der magnetische Vorverstärker hat eine zehnfach größere Verstärkung (1000-fach) um die geringe Induktionsspannung der Spule bei kleinen Frequenzen auszugleichen. In den Extremstellungen des Potis wird jeweils einer der beiden Verstärker über eine Diode abgeschaltet, während in Mittelstellung beide aktiv sind.

 

((EsmogSchaltung.jpg))

Zwei weitere Dioden wirken als Stellglieder für den Eingangswiderstand des elektrischen Vorverstärkers. Je mehr Strom durch die Dioden fließt, desto geringer wird der Eingangswiderstand. Dabei verliert die kurze Drahtantenne Ihre Empfindlichkeit für kleine Frequenzen, sodass sich das Maximum der Empfindlichkeit hin zu höheren Frequenzen verschiebt. Damit gelingt es, starke 50-Hz-Felder auszublenden um schwächere Signale auf höheren Frequenzen zu untersuchen. Für magnetische Felder ist eine solche Einstellmöglichkeit nicht erforderlich, weil magnetische Wechselfelder rund um Transformatoren eine geringere Reichweite haben.  

Die Vorverstärker arbeiten bei höheren Frequenzen gleichzeitig als Demodulatoren. Ein konstantes,  nicht moduliertes Hochfrequenzsignal bleibt unhörbar. Jede Änderung der HF-Eingangsspannung verschiebt jedoch den Arbeitspunkt der Eingangsstufe und wird damit als Modulationsfrequenz hörbar obwohl der Operationsverstärker eine sehr viel geringere Grenzfrequenz hat. So erscheint z.B. ein Handy-Signal mit 900 MHz als Brummen. Ebenso kann ein AM-Mittelwellensender gehört werden. Für die elektrische Antenne können auch die Eingangsdioden als Demodulator wirken, wobei man mit dem Poti eine Vorspannung und damit die beste Gleichrichterwirkung einstellen kann.

Die Signale beider Vorverstärker werden addiert und über einen gemeinsamen Koppelkondensator an zwei Endverstärker weitergeleitet. Der Kondensator mit 100 nF bildet ein Hochpassfilter und bewirkt eine zusätzliche Schwächung der 50-Hz-Signale, sodass interessante Signale höherer Frequenz stärker hervortreten. Insgesamt hat das Gerät keinen flachen Frequenzgang sondern eine Betonung hoher Frequenzen, um möglichst viele unterschiedliche Quellen untersuchen zu können.

Der Lautsprecherverstärker hat zwar nur eine geringe Ausgangsleistung, liefert aber deutliche Signale auch bei tiefen Frequenzen. Schon bei mittleren Signalstärken wird der Endverstärker übersteuert, sodass aus einem 50-Hz-Sinussignmal ein Rechtecksignal wird, das deutlicher hörbar ist. Gleichzeitig ist die Gesamtverstärkung so hoch, dass auch sehr schwache Felder z.B. von einem LC-Display hörbar werden. Bei der Beobachtung magnetischer Felder ist deutlich das Grundrauschen des Vorverstärkers zu hören, weil hier mit maximaler Verstärkung gearbeitet wird. 

Der zweite Endverstärker dient zur Ansteuerung der beiden Signal-LEDs und hat eine zehnfach größere Verstärkung (100-fach). Die rote LED (Level 1) wird direkt mit dem Ausgangssignal angesteuert und zeigt deshalb auch kurze Impulse. Auch beim Einschalten und beim Ausschalten des Geräts sowie beim Umschalten zwischen magnetischer und elektrischer Messung entsteht hier jeweils ein kurzer Lichtblitz. Für die grüne LED (Level 2) gibt es einen Signalgleichrichter mit Glättungskondensator. Sie leuchtet daher erst bei höheren und konstanten Pegeln. Wegen der LED-Schwellspannung von ca. 2 V gibt es jeweils einen Mindestpegel bei dem eine LED zu leuchten beginnt. Eine solche Schwelle gibt es für den Lautsprecher nicht, sodass schwache Signale schon hörbar werden wenn die LEDs noch nicht leuchten.