Die thermischen Wirkungen hochfrequenter elektromagnetischer Felder auf den menschlichen Körper ist das Thema dieser Arbeit. Menschen in den Industriegesellschaften sind ständig von elektromagnetischen Feldern umgeben. Der menschliche Körper absorbiert einen Teil der Feldenergie. Die absorbierte Feldenergie erwärmt das Körpergewebe.
Die stoffwechselbedingten Wärmeleistungen der Gewebearten und die Temperaturregelung im menschlichen Körper wird im ersten Kapitel beschrieben. Die gesamte stoffwechselbedingte Wärmeleistung im ruhenden menschlichen Körper wird berechnet. Sie bildet die Grundlage für die Festlegung von Grenzwerten für die Absorption hochfrequenter elektromagnetischer Feldenergie im menschlichen Körper .
Im zweiten Kapitel werden die beiden wichtigsten Mechanismen erklärt, die für die Absorption von hochfrequenter Feldenergie im menschlichen Gewebe verantwortlich sind: die Orientierungspolarisation und die elektrolytische Leitfähigkeit. Eine komplexe Ausbreitungskonstante für die elektromagnetischen Felder wird aus der Dielektrizitätszahl und der elektrischen Leitfähigkeit der Gewebearten abgeleitet. Die elektrische Leitfähigkeit des Körpergewebes führt dazu, dass der menschliche Körper im hochfrequenten elektromagnetischen Feld einen Teil der Feldenergie absorbiert.
Die Wärmeleistungsdichte, die die absorbierte Feldenergie im Körpergewebe hervorruft, wird im dritten Kapitel bestimmt. Der Einfluss von Reflexionen an Gewebeübergängen auf die Ortsabhängigkeit der Wärmeleistungsdichte wird beispielhaft am Gewebeübergang zwischen Fett- und Muskelgewebe dargestellt. Die Reflexionsfaktoren der Gewebeübergänge zwischen Luft und Haut sowie zwischen wasserarmen und wasserreichen Gewebearten werden berechnet. Die spezifische Absorptionsrate wird eingeführt und ihre Frequenzabhängigkeit wird untersucht. Die Ergebnisse werden am Modell des Menschen als Empfangsantenne erklärt.
Weiterhin wird beschrieben, wie die Temperaturregelung des menschlichen Körpers auf die zusätzliche Wärmeleistung durch Absorption von Feldenergie reagiert. Die Besonderheiten der hochfrequenten Erwärmung werden herausgestellt. Schließlich werden Grenzwerte für die Leistungsflussdichte eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes und für die spezifische Absorptionsrate durch Vergleich mit dem Grundumsatz festgelegt.
Inhaltsverzeichnis
- 0 Einleitung
- 1 Temperaturen im menschlichen Körper
- 1.1 Stoffwechselbedingte Wärmeleistungen im menschlichen Körper
- 1.1.1 Stoffwechselbedingte Wärmeleistungen der Gewebearten
- 1.1.2 Gesamtwärmeleistung im menschlichen Körper
- 1.2 Wärmeströme zwischen menschlichem Körper und Umgebung
- 1.2.1 Durchblutung und Temperatur in Körperkern und Körperschale
- 1.2.2 Innere und äußere Wärmeströme
- 1.3 Temperaturregelung im menschlichen Körper
- 1.3.1 Aufgabe und Eingriffsmöglichkeiten
- 1.3.2 Änderung der Wärmeübertragung zwischen Körperkern und Umgebung
- 1.3.3 Regelzentrum und Thermorezeptoren
- 1.3.4 Sollwert und Regelbereich
- 2 Absorption hochfrequenter elektromagnetischer Energie im menschlichen Körper
- 2.1 Absorption durch Orientierungspolarisation
- 2.1.1 Vorgang der Orientierungspolarisation
- 2.1.2 Frequenzabhängigkeit der relativen Dielektrizitätszahl
- 2.1.3 Temperaturabhängigkeit der Zeitkonstanten
- 2.2 Absorption durch Bewegung freier Ladungsträger
- 2.2.1 Elektrolytische Leitfähigkeit
- 2.2.2 Frequenzabhängigkeit der elektrolytischen Leitfähigkeit
- 2.2.3 Temperaturabhängigkeit der elektrolytischen Leitfähigkeit
- 2.3 Elektrische Gewebeeigenschaften
- 2.3.1 Dielektrizitätszahlen einiger Gewebearten
- 2.3.2 Elektrische Leitfähigkeit einiger Gewebearten
- 2.3.3 Dämpfungskonstante, Phasenkonstante und Eindringtiefe
- 3 Hochfrequente Erwärmung des menschlichen Körpers
- 3.1 Bestimmung der Wärmeleistungsdichte im Körpergewebe
- 3.1.1 Wärmeleistungsdichte ohne Reflexion
- 3.1.2 Wärmeleistungsdichte mit Reflexion an Gewebeübergängen
- 3.2 Spezifische Absorptionsrate des menschlichen Körpers
- 3.2.1 Bestimmung der spezifischen Absorptionsrate
- 3.2.2 Frequenz- und Orientierungsabhängigkeit der spezifischen Absorptionsrate
- 3.3 Grenzwerte
- 3.3.1 Eigenschaften der hochfrequenten Erwärmung
- 3.3.2 Festlegung von Grenzwerten
- Absorption elektromagnetischer Energie im menschlichen Körper
- Wärmeübertragung und Temperaturregelung im menschlichen Körper
- Dielektrizitätszahl und elektrische Leitfähigkeit von Gewebe
- Spezifische Absorptionsrate (SAR) und ihre Abhängigkeit von Frequenz und Orientierung
- Grenzwerte für hochfrequente elektromagnetische Felder
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese wissenschaftliche Hausarbeit befasst sich mit den thermischen Wirkungen hochfrequenter elektromagnetischer Felder auf den menschlichen Körper. Das Ziel ist es, die physikalischen Grundlagen der Absorption elektromagnetischer Energie im Körpergewebe zu erläutern und die daraus resultierenden Erwärmungseffekte zu untersuchen. Die Arbeit befasst sich mit den relevanten physikalischen Eigenschaften des menschlichen Körpers, wie der Dielektrizitätszahl und der elektrischen Leitfähigkeit von Gewebe, und analysiert die Auswirkungen hochfrequenter elektromagnetischer Felder auf diese Parameter.
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung gibt einen Überblick über die Thematik der thermischen Wirkungen hochfrequenter elektromagnetischer Felder auf den menschlichen Körper und erläutert die Relevanz der Forschungsarbeit. Kapitel 1 befasst sich mit den Temperaturen im menschlichen Körper, den Stoffwechselbedingten Wärmeleistungen und den Wärmeströmen zwischen Körper und Umgebung. Kapitel 2 untersucht die Absorption hochfrequenter elektromagnetischer Energie im menschlichen Körper, wobei die Prozesse der Orientierungspolarisation und der Bewegung freier Ladungsträger im Detail betrachtet werden. Die elektrischen Gewebeeigenschaften werden ebenfalls analysiert. Kapitel 3 beschäftigt sich mit der hochfrequenten Erwärmung des menschlichen Körpers, der Bestimmung der Wärmeleistungsdichte und der spezifischen Absorptionsrate. Abschließend werden Grenzwerte für hochfrequente elektromagnetische Felder diskutiert.
Schlüsselwörter
Hochfrequente elektromagnetische Felder, thermische Wirkungen, menschlicher Körper, Absorption, Dielektrizitätszahl, elektrische Leitfähigkeit, spezifische Absorptionsrate (SAR), Grenzwerte, Erwärmung, Temperaturregelung, Gewebe, Frequenzabhängigkeit, Orientierungsabhängigkeit.
- Arbeit zitieren
- Manfred Kellner (Autor:in), 1999, Thermische Wirkungen hochfrequenter elektromagnetischer Felder auf den menschlichen Körper, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/334976
