Veranstaltungsarten (SWS)
Vorlesung: 2 │ Übung: 1 │ Praktikum: 0 │ Seminar: 0
Prüfungsnummer: ZKA 42199
Lehrform:

Übung (mit Projektarbeit).

Sprache: Englisch
Turnus: SS
ECTS: 4
Prüfungsleistung Klausur (120 min.)
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Informationen
Beschreibung:

In dieser Lehrveranstaltung des zweiten Semesters werden die Grundlagen der Wechselwirkung zwischen elektromagnetischen Felder und biologischen/organischen Strukturen vermittelt. Dies beinhaltet zum einen die quantitative Behandlung biologischer Gewebemodelle (als komplexe randomisierte Komposit-Strukturen) und zum anderen die numerischen und experimentellen Methoden zur Analyse von Immissions- und Emissionsszenarien. Besonderer Wert wird hier auf die Betrachtung der Ursache, Wirkung und Gesetzmäßigkeiten der Wechselwirkungsmechanismen gelegt, sowie auf ein anschauliches Verständnis der abgeleiteten sicherheitsrelevanten Aspekte (Dosimetrie im Kontext nichtionisierender Strahlung). Dies wird anhand der typischen technischen Szenarien erarbeitet: Die elektrische Energieversorgung mit ihren niederfrequenten Feldern und hinsichtlich der hochfrequenten Strahlungsfelder der drahtlosen Kommunikation. Zur erweiterten Betrachtung gehören auch sozio-technische Aspekte wie Regulation durch entsprechende Grenzwerte und die Verhandlung möglicher Risiken (z.B. bei der Mobilkommunikation) und deren unterschiedliche Wahrnehmung. Letzteres am Beispiel von sozialen Gegenbewegungen Mitte der 90er Jahre im Kontext der «Grassroot Electromagnetics». Die Vorlesung beinhaltet die folgenden Themenstellungen:

– Nichtionisierende elektromagnetische Felder in der Biosphäre
– Elektromagnetische Felder in der öffentlichen Wahrnehmung
– Regulationen und Grenzwerte
– Feldgrößen
– Das biologische Substrat (Gewebemodelle)
– Wechselwirkungsszenarien
– Computational bioelectromagnetics
– Experimental electromagnetic field exposure assessment
– Aktuelle Forschungsfelder im Rahmen von Bioelectromagnetics

Lernziele:

Neben der vertieften Behandlung exogener und endogener elektromagnetischer Wechselwirkungen werden die Studierenden in dieser Lehrveranstaltung befähigt, technische, biologische und soziale Konsequenzen dieser elektromagnetischen Wechselwirkung zu beurteilen und im Rahmen einer kleinen Projektarbeit auch quantitativ zu bewerten. Die Studierende sind zudem in der Lage die aktuellen Problem- und Forschungsfelder im Rahmen der Bioelectromagnetics zu benennen.

Literatur:

J. Froehlich, S. Huclova, C. Beyer, and D. Erni, book chapter 12 "Accurate multi-scale skin model suitable for determining sensitivity and specificity of changes of skin components," pp. 353-394, in Computational Biophysics of the Skin, Bernard Querleux (Ed.), Singapore: Pan Stanford Publishing Pte. Ltd., (ISBN-978-981-4463-84-3), 2014.

S. Huclova, D. Erni, and J. Fröhlich "Modeling and validation of dielectric properties of human skin in the MHz region focusing on skin layer morphology and material composition," J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 45, no. 2, pp. 025301-1–17, Jan. 18, 2012.

S. Huclova, D. Erni, and J. Fröhlich, "Modelling effective dielectric properties of materials containing diverse types of biological cells," J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 43, no. 36, pp. 365405–1-10, Sept. 15, 2010.

Peter Stavroulakis, Biological Effects of Electromagnetic Fields. Berlin: Springer-Verlag, 2003.

Frank S. Barnes, Ben Greenbaum, (eds.), Biological and Medical Aspects of Electromagnetic Fields, Handbook of Biological Effectx of Electromagnetic Fields (3rd ed.), Boca Raton: CRC Press / Taylor & Francis, 2007.

Frank S. Barnes, Ben Greenbaum, (eds.), Bioengineering and Biophysical Aspects of Electromagnetic Fields, Handbook of Biological Effectx of Electromagnetic Fields (3rd ed.), Boca Raton: CRC Press / Taylor & Francis, 2007.

Cynthia Furse, Basic Introduction to Bioelectromagnetics, (2nd ed.), Boca Raton: CRC Press / Taylor & Francis, 2012.

Carl H. Durney, Douglas H. CHristensen, Basic Introduction to Bioelectromagnetics, Boca Raton: CRC Press / Taylor & Francis, 1999.

Vorleistung:
Infolink:
Bemerkung:
Description:

This second term course on Bioelectromagnetics is devoted to the basic interactions between electromagnetic fields and biolocical/organic structures. This includes the analysis of electromagnetic tissue models (based on randomized layered composite structures) as well as numerical and experimental methods for the quantitative assessment of both, emission and immission scenarios with a distinct emphasis on cause and effect of these interactions together a fine grasp on safety-related issues (i.e. the dosimetry of non-ionizing radiation). The coures will address typical technical settings such as low-frequency field emission in electrical power transmission and the RF emission in mobile communications. An extended view on electromagnetic interactions is then provided looking at socio-technical aspects such as e.g. regulation and standardization issues (i.e. safety values) and the public negotiation strategies of potential risks in the context of mobile communications that is mainly fuelled by the different risk perception. Illustrative examples will be given along the counterculture of grassroot electromagnetics in the mid nineties. The lecture includes the following topics:

– Non-ionizing electromagnetic fields in the biosphere
– Fields in the general public
– Regulations and standards
– Figures of fields
– The biological substrate
– Interaction scenarios
– Computational bioelectromagnetics
– Experimental electromagnetic field exposure assessment
– Current research in bioelectromagnetics

Learning Targets:

Based on this course the students are capable to provide an expert view on exogenous and endogenous electromgnetic interactions. In the framework of a corresponding class project they will be qualified to name and validate the technical, biolocigal and social consequences of these interactions. The students are also capable to name the essential problem areas of bio-electromagnetic interactions together with the trends and activities in current research on Bioelectromagnetics.

Literature:

J. Froehlich, S. Huclova, C. Beyer, and D. Erni, book chapter 12 "Accurate multi-scale skin model suitable for determining sensitivity and specificity of changes of skin components," pp. 353-394, in Computational Biophysics of the Skin, Bernard Querleux (Ed.), Singapore: Pan Stanford Publishing Pte. Ltd., (ISBN-978-981-4463-84-3), 2014.

S. Huclova, D. Erni, and J. Fröhlich "Modeling and validation of dielectric properties of human skin in the MHz region focusing on skin layer morphology and material composition," J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 45, no. 2, pp. 025301-1–17, Jan. 18, 2012.

S. Huclova, D. Erni, and J. Fröhlich, "Modelling effective dielectric properties of materials containing diverse types of biological cells," J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 43, no. 36, pp. 365405–1-10, Sept. 15, 2010.

Peter Stavroulakis, Biological Effects of Electromagnetic Fields. Berlin: Springer-Verlag, 2003.

Frank S. Barnes, Ben Greenbaum, (eds.), Biological and Medical Aspects of Electromagnetic Fields, Handbook of Biological Effectx of Electromagnetic Fields (3rd ed.), Boca Raton: CRC Press / Taylor & Francis, 2007.

Frank S. Barnes, Ben Greenbaum, (eds.), Bioengineering and Biophysical Aspects of Electromagnetic Fields, Handbook of Biological Effectx of Electromagnetic Fields (3rd ed.), Boca Raton: CRC Press / Taylor & Francis, 2007.

Cynthia Furse, Basic Introduction to Bioelectromagnetics, (2nd ed.), Boca Raton: CRC Press / Taylor & Francis, 2012.

Carl H. Durney, Douglas H. CHristensen, Basic Introduction to Bioelectromagnetics, Boca Raton: CRC Press / Taylor & Francis, 1999.

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