Mattegrafen

Elektromagnetiska fält i vardagen

Du är omgiven av elektromagnetiska fält varje dag. Elledningen i väggen bär växelström vid 50 hertz. Mobilen i din ficka och wifi-routern i hallen sänder radiovågor i gigahertzområdet. Induktionshällen i köket skapar ett snabbt växlande magnetfält precis under grytan. En magnetkamera på sjukhuset arbetar med ett kraftigt, i princip konstant magnetfält. Alla dessa fält hör till elektromagnetismen, men de skiljer sig åt på ett sätt som är avgörande för vilken risk de utgör.

Det som avgör om strålningen kan jonisera är energin hos varje foton, och den hänger direkt ihop med frekvensen: E = h · f, där E är fotonens energi i joule, h är Plancks konstant, 6,63 · 10⁻³⁴ J·s, och f är frekvensen i hertz. Elnätets 50 Hz och mobilers och wifi-nätens gigahertz ligger båda extremt långt ner på denna skala jämfört med röntgenstrålning och gammastrålning, vars fotoner har så mycket energi att de kan slå loss elektroner från atomer – det kallas jonisering, och det är så röntgen- och gammastrålning kan skada DNA direkt.

Fält från elnätet, mobiler, wifi och induktionshällar har alldeles för låg fotonenergi för att kunna jonisera. Elnätets fält kan få laddade partiklar i kroppen att röra sig fram och tillbaka 50 gånger per sekund, men det räcker inte för att bryta kemiska bindningar. Radiovågor från mobiler och wifi kan värma vävnad svagt genom att få molekyler att röra på sig, ungefär som i en mikrovågsugn men med mycket lägre effekt, men den mekanismen skiljer sig helt från att klippa sönder en DNA-sträng. Forskare har undersökt lågfrekventa fält och radiovågor under lång tid, och vid de nivåer vi möter i vardagen har inget sådant tydligt orsakssamband som för joniserande strålning kunnat visas. De effekter som säkert är kända gäller höga nivåer: radiovågor kan värma vävnad märkbart, och mycket starka lågfrekventa fält kan reta nerver och muskler.

Magnetkameran är ett bra exempel på att fältets styrka inte ensam avgör faran: fältet är mycket starkare än i något hushåll, men det är icke-joniserande, och när patient och rum har kontrollerats för metallföremål och implantat räknas undersökningen som säker, även upprepade gånger. Induktionshällens magnetfält är också kraftigt nära plattan, men det avtar snabbt med avståndet. Det är alltså fälttypen tillsammans med styrka och avstånd, inte styrkan ensam, som avgör om ett fält kan vara skadligt.

Formel

E = h · f

Energin E (joule) hos en foton i en elektromagnetisk våg. h är Plancks konstant, 6,63 · 10⁻³⁴ J·s, och f är frekvensen i hertz. Högre frekvens ger högre fotonenergi.

Det här lär du dig

  • Jämföra elektromagnetiska fält från elnät, mobiler, wifi, induktionshällar och medicinsk teknik
  • Förklara sambandet mellan frekvens och fotonenergi med E = h · f
  • Skilja joniserande strålning från icke-joniserande fält utifrån deras verkningsmekanism
  • Förklara varför fältets styrka inte ensam avgör hur farligt det är
  • Resonera om vad forskningen visar om lågfrekventa fält och radiovågor utan att överdriva slutsatserna

Begrepp att kunna

joniserande strålning
Elektromagnetisk strålning med så hög fotonenergi att den kan slå loss elektroner från atomer och molekyler, till exempel röntgen- och gammastrålning.
icke-joniserande fält
Fält och strålning med för låg fotonenergi för att slå loss elektroner, till exempel fält från elnätet och radiovågor från mobiler och wifi.
foton
Ett energipaket, ett kvantum, av elektromagnetisk strålning. Fotonens energi bestäms av strålningens frekvens.
lågfrekvent fält
Ett elektriskt eller magnetiskt fält som varierar långsamt, till exempel elnätets 50 hertz. Har mycket låg fotonenergi.
radiofrekvent fält
Ett elektromagnetiskt fält i radiovågsområdet, till exempel från mobiler och wifi-routrar. Högre frekvens än elnätet men fortfarande icke-joniserande.

Vanliga svårigheter

Tror att allt som kallas strålning är lika farligt

Ordet strålning används för både röntgen och radiovågor från en mobil, men de skiljer sig enormt i fotonenergi. Bara strålning med tillräckligt hög fotonenergi kan jonisera atomer och på så sätt skada DNA direkt. Att dela in all strålning i samma riskkategori missar den viktigaste skillnaden.

Tror att ett starkare fält alltid är farligare än ett svagare

En magnetkameras fält är mycket starkare än fältet runt en elledning, men det är icke-joniserande och räknas som säkert för medicinskt bruk, så länge metallföremål och vissa implantat hålls borta från magneten. Om jonisering kan ske avgörs av frekvensen, inte av styrkan.

Blandar ihop värme från radiovågor med skada på DNA

Radiovågor kan få molekyler i vävnad att röra sig och skapa en liten mängd värme, ungefär som i en mikrovågsugn men mycket svagare. Det är en helt annan mekanism än att en foton slår loss en elektron och knäcker en kemisk bindning i DNA, vilket bara joniserande strålning kan göra.

I verkligheten

Vid en röntgenundersökning tar personalen skydd bakom en skärm eller lämnar rummet, medan det vid en magnetkameraundersökning i stället är metallföremål som måste stanna utanför

Röntgen är joniserande strålning, och personal som arbetar med den varje dag måste begränsa sin sammanlagda stråldos. Magnetkamerans magnetfält och radiovågor är icke-joniserande och ger ingen stråldos; där ligger risken i stället i att det starka fältet kan dra till sig lösa metallföremål med stor kraft.

Du lägger ifrån dig mobilen på bordet i stället för att hålla den mot örat under ett långt samtal

Mobilens radiovågor är icke-joniserande, så de kan inte skada DNA genom jonisering. Men avstånd minskar ändå hur mycket strålning som når huvudet, och därmed den redan mycket lilla uppvärmningen i den närmaste vävnaden, ungefär som att flytta bort från en värmelampa minskar hur varm du blir.

Tips

  • Räkna ut fotonenergin med E = h · f för några källor du möter varje dag, till exempel elnätet, din mobil och synligt ljus, och jämför storleksordningarna. Då blir skillnaden mellan fälttyperna konkret i stället för en känsla.
  • Håll isär fältets styrka från dess förmåga att jonisera när du läser påståenden om elektromagnetiska fält och hälsa. Det är en vanlig förväxling i både rubriker och vardagssamtal. Frekvensen avgör om strålningen kan jonisera, medan styrka och avstånd avgör hur stora andra effekter, som uppvärmning, kan bli.
  • Repetera gränsen mellan joniserande och icke-joniserande strålning på sidan om det elektromagnetiska spektrumet innan du går vidare hit, så sitter indelningen kvar när du ska resonera om konkreta vardagskällor.

Testa dig själv

1. Varför kan röntgenstrålning skada DNA direkt, medan radiovågor från en mobil inte kan göra det?

Röntgenfotoner har mycket högre frekvens och därmed, enligt E = h · f, mycket högre energi än radiovågornas fotoner. Röntgenenergin räcker för att slå loss elektroner från atomer och knäcka kemiska bindningar, medan radiovågornas fotoner har alldeles för lite energi för det. Radiovågor kan bara värma vävnad något.

2. En wifi-signal har frekvensen 2,4 GHz. Hur stor är energin hos en sådan foton?

E = h · f = 6,63 · 10⁻³⁴ · 2,4 · 10⁹ ≈ 1,6 · 10⁻²⁴ J. Det är en extremt liten energimängd, långt under vad som krävs för att slå loss en elektron från en atom. Därför räknas wifi-signaler som icke-joniserande.

3. Vad händer med fotonenergin hos en elektromagnetisk våg om du dubblar dess frekvens, allt annat lika?

Fotonenergin dubbleras också, eftersom E = h · f är direkt proportionell mot frekvensen. En våg med dubbel frekvens kommer alltså närmare den energinivå som krävs för jonisering, även om den kanske fortfarande ligger långt därunder.

Ur kursplanen

  • Fysik nivå 2 · Energi, energiresurser och elektromagnetism

    Fysikaliska principer bakom tekniska tillämpningar, till exempel inom kommunikations- och medicinteknik. Elektromagnetiska fält i omgivningen.

Källa: Skolverket, centralt innehåll.

Hänger ihop med

Bygger på

Träna vidare – gratis

Det här ämnet har inga egna träningsuppgifter än. De här närliggande ämnena har lösta exempel och uppgifter som anpassar sig efter dig: