Der Skin-Effekt


Der Skin-Effekt ist die Eigenschaft eines Wechsel- bzw. Hochfrequenz-Stromes in einem Leiter durch Prozesse der Induktion Feldlinien an die Oberfläche zu drängen.
Dies begrenzt die Eindringtiefe eines von außen eingestrahlten elektromagnetischen Feldes in das Objekt und somit auch dessen Wirksamkeit im Innern.

Als Maß wurde die Halbwertschichtdicke eingeführt, das ist die Tiefe, bei welcher die Feldstärke auf die Hälfte gegenüber der an der Oberfläche abgesunken ist.
Die Halbwertschichtdicke ist umgekehrt proportional zur Wurzel von der Frequenz und der Leitfähigkeit des Objektes.

Ein anderes Maß ist die Eindringtiefe, das ist die Tiefe, bei welcher die Feldstärke auf 1/e, also auf ca. 37% abgefallen ist (e ist hier der natürliche Logarithmus, = 2,718...).

Während bei homogenen Materialien bei Kenntnis der elektrischen Eigenschaften die Berechnung der Halbwertschichtdicke bzw. Eindringtiefe einfach ist, sind die Verhältnisse bei biologischen Organismen wie dem Mensch komplexer.
Duch größenabhängige Resonanzeffekte und unterschiedliche Leitfähigkeiten der verschiedenen Gewebearten sowie weitere Effekte ist das Absorptionsverhalten sehr vielfältig und entzieht sich einer Verallgemeinerung.
Grob gesagt ist hier die Eindringtiefe von der Frequenz und dem Wassergehalt des Gewebes abhängig, und ist z. B. für Knochen und Fett etwa 3- bis 5fach höher als für Muskelgewebe.

Beispiel für die Abnahme der spezifischen Absorptionsrate (SAR) in Abhängigkeit von der Tiefe im biologischen Gewebe bei Mobilfunkfrequenzen:
Oberfläche:
2,35 W/kg
0,5 cm Tiefe:
1,42 W/kg
1cm Tiefe:
0,88 W/kg
2 cm Tiefe:
0,4 W/kg
3,5 cm Tiefe:
0,2 W/kg
 
Eindringtiefe in Abhängigkeit von Frequenz und Gewebeart
Die Frequenz 900 MHz für das GSM-Band ist gelb markiert

Je kleiner also ein Lebewesen ist, desto stärker erreichen von außen angelegte elektromagnetische Felder die inneren Organe. Aus diesem Grund sind die Ergebnisse von unbedacht durchgeführten Tierversuchen auch nur sehr begrenzt auf den Menschen übertragbar. Ein hochfrequentes Feld, welches z. B. eine Maus aufgrund ihrer Größe völlig durchdringt und alle ihre Organe beeinflusst, erreicht diese beim Menschen nur abgeschwächt.

 

 
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Zuletzt geändert: 08.09.02