Aufgabe 3 · Abitur NRW Physik LK · DECT-Telefon 2025

2 Material

Material 1: DECT

DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications) ist ein Funk-Standard, der vor allem für die Telefonie innerhalb von Gebäuden ausgelegt ist. Für DECT wird in Europa in der Regel der Frequenzbereich von 1880-1900 MHz genutzt. Es sind aber auch die folgenden Bereiche möglich (wenn auch selten angewendet): 1900-1980 MHz, 2010-2025 MHz und 2400-2480 MHz.

Material 2: Reflexion von Strahlung an einer Metallplatte

Der Sender S ist die Basisstation des Telefons, die kontinuierlich eine elektromagnetische Welle aussendet. Der Empfänger E kann die Empfangsintensität an einem Ort messen und anzeigen. Im Abstand $x$ wird hinter dem Empfänger E eine Metallplatte positioniert. An der Metallplatte wird die elektromagnetische Welle reflektiert.

Versuch 1:

Durch langsames Verschieben des Empfängers (Abb. 1) wird der Abstand $x$ zwischen Empfänger und Metallplatte vergrößert. Sender und Metallplatte bleiben ortsfest. Man registriert ausgeprägte Minima und Maxima der Empfangsintensität, wobei die ersten beiden Maxima bei $x_1 = 3{,}9\text{ cm}$ und $x_2 = 11{,}8\text{ cm}$ auftreten.

Versuch 2:

Im Gegensatz zu Versuch 1 wird der Abstand $x$ zwischen Empfänger E und Metallplatte M kontinuierlich vergrößert, indem Sender und Empfänger ortsfest bleiben und die Metallplatte nach rechts verschoben wird (Abb. 2).

In Abb. 3 werden vier Diagramme dargestellt, von denen eines den bei diesem Versuch zu erwartenden Intensitätsverlauf der elektromagnetischen Welle qualitativ richtig beschreibt.

Hinweis: Gehen Sie vereinfachend davon aus, dass sich die Sendeleistung gleichmäßig über alle Raumrichtungen verteilt.

Material 3: Modellhafte Strahlungsbelastung beim Telefonieren

Beim Telefonieren mit einem DECT-Mobilteil befindet sich die im Gerät eingebaute Sendeantenne nahe am Ohr des Benutzers (Abb. 4). Die Sendeleistung während eines Gesprächs beträgt bei üblichen Geräten im zeitlichen Mittel 10 mW, wovon bauartbedingt etwa ein Drittel zum Kopf hin abgegeben wird. Die elektromagnetische Strahlung des Telefons wirkt am Kopf auf das Gewebe, welches sich in starker Näherung innerhalb einer Halbkugel befindet (Abb. 4).

Abb. 5 beschreibt die Frequenzabhängigkeit der Eindringtiefe elektromagnetischer Wellen in unterschiedliche Gewebearten.

Gehen Sie für die Ermittlung der Masse der in der Kopfregion betroffenen Gewebearten von einer Dichte* des Körpers von $1{,}0\,\frac{\text{g}}{\text{cm}^3}$ aus.

*Hinweise: Die Dichte $\rho$ ist der Quotient aus der Masse $m$ und dem Volumen $V$ ($\rho = \frac{m}{V}$). Der SAR-Wert ist der Quotient aus der von einem Körper der Masse $m$ absorbierten Leistung $P$ und dieser Masse $m$ ($\frac{P}{m}$).

Material 4: Vergleich zwischen zwei angebotenen Telefonsystemen

Tabelle 1: Gegenüberstellender Vergleich DECT-WLAN

· DECT-Telefonsystem · WLAN-Telefonsystem

Anschaffungspreis · 50 € · 110 €

Abhörsicherheit · Hoch · niedrig bis sehr hoch (hängt von den Einstellungen ab, die der Anwender vornimmt)

Akkulaufzeit Telefonieren · 18 h · 6 h

SAR-Wert* · <0,1 W/kg · 0,5 W/kg

in der EU maximal erlaubte Sendeleistung · 250 mW · 200 mW

*Erläuterung des SAR-Werts in Material 3.

Eine Kenngröße für die Belastung durch elektromagnetische Strahlung ist die spezifische Absorptionsrate (SAR).

a)

Beurteilen Sie durch eine modellhafte Abschätzung mit den Angaben aus den Materialien 1 und 3, ob der zum Schutz der Gesundheit empfohlene SAR-Höchstwert von $2{,}0\ \frac{\text{W}}{\text{kg}}$ im Kopf in diesem exemplarischen Fall eingehalten wird.

b)

Auch bei eingehaltenem Grenzwert sollte die Belastung durch elektromagnetische Strahlung möglichst geringgehalten werden.

Beschreiben Sie je eine Möglichkeit für den Hersteller und eine für den Benutzer eines DECT-Telefons, die Belastung bei unveränderten Gesprächsdauern zu verringern.