Auch Wellen kennen Grenzen: Wechselwirkungen mit Körper und Materie

Das Erklärvideo »Wie wird der SAR-Wert eines Handys gemessen?« zeigt, wie Wissenschaftler prüfen, ob ein Handy den gesetzlichen Vorgaben zur Spezifischen Absorptionsrate entspricht.

Feldstärke abhängig vom Aufenthaltsort

Um zu verdeutlichen, dass die Feldstärke vom Aufenthaltsort abhängt, teilen Sie den Klassenraum mit Kreidelinien in Felder von etwa einem Quadratmeter Größe ein. Zeichnen Sie den Raum mit den Feldern an der Tafel nach. Für den Versuch sollte der Empfang im Raum nicht zu gut sein. Die Schülerinnen und Schüler stellen sich nun in die gezeichneten Felder und geben die Balkenzahl ihrer Handys an. An der Tafel werden die Zahlen übernommen. Welche Unterschiede werden festgestellt?

Verschiedene Netze vergleichen

Auch der Vergleich verschiedener Netze kann interessante Ergebnisse hervorbringen. Als Weiterführung können die Lernenden zudem den Empfang im Schulgebäude erkunden. Dabei untersuchen sie zum Beispiel den Unterschied zwischen dem Empfang im Keller und im Dachgeschoss, im Klassenzimmer bei offenem und bei geschlossenem Fenster sowie vor dem Schulgebäude und innerhalb der Schule. Die Untersuchung kann auch auf die Umgebung ausgeweitet werden: Wie ist der Empfang in einem Aufzug (bei offener und geschlossener Tür), in einem Tunnel, in einem (Kirch-)Turm oder der U-Bahn?

Das "verpackte" Handy

In Kleingruppen wickeln die Schülerinnen und Schüler ein Handy komplett in Alufolie ein oder legen es in eine Brotbüchse aus Metall. Mit einem zweiten Handy rufen sie das »verpackte« Handy an. Was passiert? Das Handy empfängt die Funkwellen von der Basisstation nicht, da diese durch Metalle reflektiert werden, also nicht bis zum Handy gelangen. Fallen Ihren Schülerinnen und Schülern Beispiele aus dem Alltag ein, bei denen der Handyempfang durch Metall abgeschirmt wird?

Welche Stoffe lassen Funkwellen durch?

Nun legen die Jugendlichen das Handy in ein Schraubdeckelglas und beobachten die Balkenanzeige. Wie verändert sich diese, wenn sie das Glas rundum mit Fliegengitter oder Maschendraht umwickeln? Was ist zu beobachten, wenn sie das Glas in eine Schüssel voll Wasser halten? Auf der Basis ihrer Feststellungen überlegen die Lernenden: Welche Stoffe lassen die Funkwellen durch, welche nicht? Geben Sie Ihren Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit, eigenständig weitere Versuche durchzuführen. Sie können ein Handy mit verschiedenen Stoffen einwickeln und versuchen, es anzurufen.

Um zu veranschaulichen, wie Funkwellen durch Reflexion einen Bereich versorgen können, der keine direkten Funkwellen empfängt, empfiehlt sich der Vergleich mit Lichtwellen: Stellen Sie ein großes Buch hochkant auf einen Tisch und leuchten Sie mit einer Taschenlampe von schräg oben darauf, sodass ein Teil des Lichts über das Buch hinweg auf die Tischplatte fällt, direkt hinter dem Buch aber ein Schatten entsteht. Haben Ihre Schülerinnen und Schüler eine Idee, wie auch der im Schatten liegende Bereich ausgeleuchtet werden könnte? Stellen Sie zur Auflösung einen Spiegel so hinter das Buch, dass er das Licht reflektiert und der Schatten verschwindet.

Die Spezifische Absorptionsrate beziffert den Anteil der von elektromagnetischen Feldern erzeugten Energie, der im Körper aufgenommen (absorbiert) und in Wärme umgewandelt wird. Für die Stärke der elektromagnetischen Felder von Handys und Basisstationen gibt es jeweils gesetzlich festgelegte Grenzwerte. Der SAR-Grenzwert für Handys beträgt zwei Watt pro Kilogramm Körpergewebe. 

Die Schülerinnen und Schüler überlegen, ob die Sendeleistung eines Handys in den folgenden Situationen eher stark oder gering ist und was das für die Spezifische Absorptionsrate am Kopf bedeutet: Verbindungsaufbau für ein Telefonat, Telefonat bei gutem und bei schlechtem Empfang sowie während einer Autofahrt, Versenden einer SMS. Dabei unterscheiden sie jeweils, ob ein GSM- oder ein UMTS-Handy benutzt wird. Für Situationen, in denen die Spezifische Absorptionsrate hoch ist, überlegen sich die Lernenden Strategien zur ihrer Reduzierung wie zum Beispiel das Verwenden eines Headsets.