ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์และการทดลองของเฮิรตซ์

แมกซ์เวลล์ได้รวบรวมกฎต่างๆที่เกี่ยวกับแม่เหล็กไฟฟ้า มาสรุปเป็นทฤษฎีโดยนำเสนอในรูปของสมการคณิตศาสตร์ ซึ่งแมกซ์เวลล์ใช้ทำนายว่าสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา ทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก และในขณะเดียวกันสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาก็ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าด้วย โดยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กต่างก็มีทิศตั้งฉากกัน แมกซ์เวลล์ยังทำนายอีกว่ามีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นจากการเหนี่ยวนำอย่างต่อเนื่องระหว่างสนามแม่เหล็กและสนามแม่เหล็กทำให้สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่ออกจากแหล่งกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ไปในสุญญากาศด้วยอัตราเร็วเท่ากัอัตราเร็วของแสงแมกซ์เวลล์จึงเสนอความคิดว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ช่วงหนึ่งคทำนายนี้ได้รับการยืนยันว่าเป็นจริงโดยการทดลองของเฮิรตซ์

  แมกซ์เวลล์

James Clerk Maxwell (พ.ศ. 2374 - 2422) นักฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ ผลงานที่ทำให้เขามีชื่อเสียงมากที่สุดคือทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและนอกจากนี้ เขายังเป็นผู้นำวิทยาการด้านกลศาสตร์สถิติมาอธิบายการแจกแจงอัตราเร็วของโมเลกุลของแก๊ส ซึ่งมีความสำคัญในการพัฒนาทฤษฏีจลน์ของแก๊ส

     เฮิรตซ์ได้ทดลองพิสูจน์ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ โดยใช้ขดลวดสองขด พันรอบแกนเหล็กวงแหวน ดังรูป 18.2 ขดลวด Aเป็นขดลวดปฐมภูมิ ขดลวด B เป็นขดลวดทุตยภูมิ ซึ่งมีจำนวนขดลวดมากกว่าขดลวด A มาก ปลายของดลวดทุติยภูมิทั้งสองข้างอยู่ห่างกันเป็นช่องว่างแคบ G S เป็นสวิตช์แบบสั่นซึ่งการสั่นของสวิตช์จะทำหน้าที่ปิดเปิดวงจรไฟฟ้าของขดลวดปฐมภูมิ มีผลทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ผ่านขดลวดปฐมภูมิ ตามจังหวะการปิดเปิดของสวิตช์

ขดลวดเหนี่ยวนำในการทดลองของเฮิรตซ์

เมื่อสวิตช์แบบสั่นปิด-เปิดวงจรไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าที่ผ่านขดลวดปฐมภูมิจะมีการเปลี่ยนแปลงเป็นจังหวะตามไปด้วย ซึ่งจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่มีการเปลี่ยนแปลงภายในแกนเหล็กของวงแหวน เนื่องจากขดลวด B มีจำนวนขดมาก ดังนั้นสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงนี้จะเหนี่ยวนำทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่มีความต่างศักย์สูงมาก ความต่างศักย์ช่วงสั้นๆ จะปรากฏที่ปลายทั้งสองขดลวด B ซึ่งทำเป็นช่องว่างที่แคบไว้ สนามไฟฟ้าภายในช่องแคบจะมีค่ามากพอที่จะทำให้อากาศระหว่างช่องแคบแตกตัว จึงเป็นตัวนำไฟฟ้าให้กระแสไฟฟ้าผ่านช่องแคบได้ ฉะนั้นทุกครั้งที่สวิตช์ปิดหรือเปิดวงจร จะเห็นประกายไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านช่องแคบนี้

เมื่อเฮิรตซ์ใช้แผ่นโลหะแบนต่อเข้ากับปลายทั้งสองของขดลวดทุติยภูมิตรงช่องแคบ G และใช้เส้นลวดตัวนำงอเป็นรูป วงกลมโดยเหลือช่องแคบ D ไว้ แล้วนำมาใกล้ช่องแคบ G พอสมควร ดังรูป 18.3 จะสังเกตเห็นประกายไฟฟ้าที่ช่องแคบ D ทุกครั้งที่เกิดประกายไฟฟ้าที่ช่องแคบG

การรับคลื่นแม่เหล็กฟ้าของเฮิรตซ์

เฮิรตซ์อธิบายการเกิดประกายไฟฟ้าที่ช่องแคบ D ดังนี้ ขณะที่เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าสูงช่วงสั้นๆ ในขดลวด B ความต่างศักย์ซึ่งมีความถี่สูงมากจะเกิดระหว่างแผ่นราบทั้งสองที่ต่อไว้ความถี่นี้สามารถควบคุมได้ด้วยขนาดของแผ่นราบและช่องว่างG ในการทดลองทั่วไป ความถี่จะมีค่าประมาณ 10⁸ เฮิรตซ์  ความต่างศักย์แปรเปลี่ยนที่เกิดขึ้นช่วงเวลาหนึ่งและมีความถี่สูง จะทำให้เกิดสนามไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าสลับเคลื่อนที่ผ่านช่อง G เป็นประกายไฟฟ้าดังที่กล่าวแล้ว ประการไฟฟ้าที่เกิดขึ้นนั้นเกิดจากกระแสไฟฟ้ากระโดดข้ามช่องแคบกลับไปกลับมาหลายๆครั้งเพราะสนามไฟฟ้าระหว่างช่อง G ที่เปลี่ยนแปลง เหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้านี้จึงทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแผ่ออกจากแหล่งกำเนิดโดยความถี่ของคลื่นมีค่าเท่ากับความถี่ของกระแสไฟฟ้าที่กระโดดข้ามช่องแคบไปมาเมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านลวดตัวนำวงกลมในรูป ซึ่งมีรัศมีและขนาดช่องแคบ D ที่เหมาะสม จะทำให้เกิดความต่างศักย์เปลี่ยนค่าที่มีความถี่สูงเท่ากับความถี่ของคลื่นที่ช่องแคบ D นี้จึงทำให้เกิดสนามไฟฟ้าความเข้มสูงมากจนอากาศระหว่างช่องแคบแตกตัวเป็นไอออน ทำให้มีกระแสฟ้าผ่านช่องแคบนี้เป็นประกายไฟฟ้าดังที่เห็น


การทดลองแต่ละคำอธิบายดังกล่าวจึงสนับสนุนทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ และนอกจากนี้เฮิรตซ์ยังได้ ทำการทดลอง จนได้ผลสรุปว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความเร็วเท่ากับความเร็วของแสง

Heinrich Hertz (พ.ศ. 2400 - 2437)

นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันเป็นผู้ค้นพบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งนำไปสู่ การประดิษฐ์วิทยุโทรทัศน์และเรดาร์ นอกจากนี้เขายังแสดงให้เห็นว่า แสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าด้วย



การแผ่นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากสายอากาศ

ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์และการทดลองเฮิรตซ์ทำให้ทราบว่าธรรมชาติมีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจริงและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าที่ถูกเร่ง เช่น อาจเกิดจากการเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่ายของประจุไฟฟ้าในสายอากาศที่ต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับแทนการปิดเปิดสวิตช์ไฟฟ้ากระแสตรงจากแบตเตอรี่เมื่อต่อแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเข้ากับสายอากาศที่อยู่ในแนวดิ่ง ประจุไฟฟ้าในสายอากาศจะเคลื่อนที่กลับไปมาด้วยความเร่งในแนวดิ่ง เพราะประจุไฟฟ้าที่มีความเร่งจะแผ่รังสี จึงทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากระจายออกมาจากสายอากาศทุกทิศทาง ยกเว้นทิศที่อยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกับสายอากาศ

การแผ่นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากสายอากาศ

ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์และการทดลองเฮิรตซ์ทำให้ทราบว่าธรรมชาติมีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจริงและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าที่ถูกเร่งเช่นอาจเกิดจากการเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่ายของประจุไฟฟ้าในสายอากาศทีต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับแทนการปิดเปิดสวิตช์ไฟฟ้ากระแสตรงจากแบตเตอรี่เมื่อต่อแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเข้ากับสายอากาศที่อยู่ในแนวดิ่งประจุไฟฟ้าในสายอากาศจะเคลื่อนที่กลับไปมาด้วยความเร่งในแนวดิ่งเพราะประจุไฟฟ้าที่มีความเร่งจะแผ่รังสีจึงทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากระจายออกมาจากสายอากาศทุกทิศทาง ยกเว้นทิศที่อยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกับสายอากาศ

แผนภาพการเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเนื่องจากประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่กลับไปมาในสายอากาศและสนาม

ไฟฟ้า $\displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over E}$ เคลื่อนที่

เมื่อเวลา t = 0 ท่อนโลหะล่างได้รับประจุไฟฟ้าบวกมากที่สุด ส่วนท่อนโลหะบนได้รับประจุไฟฟ้าลบมากที่สุด ทำให้เกิดสนามไฟฟ้า $\displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over E}$ ซึ่งมีค่ามากที่สุดและมีทิศพุ่งขึ้นที่จุด P   (สนามไฟฟ้าแทนด้วยเวกเตอร์ $\displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over E}$ และใช้สัญลักษณ์เป็นลูกศร) เมื่อเวลาผ่านไป สนามไฟฟ้าจะลดลงทำให้สนามไฟฟ้าที่เกิดใกล้สายอากาศก็มีค่าลดลงด้วย ในขณะเดียวกัน สนามไฟฟ้าที่มีค่ามากที่สุด ณ เวลา t = 0 จะเคลื่อนที่จากสายอากาศด้วยความเร็ว $\displaystyle  \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over c}$ เท่ากับความเร็วแสงและเมื่อประจุไฟฟ้าเป็นกลาง ณ เวลา $\displaystyle t = \frac{T}{4}$ (T แทนคาบซึ่งเป็นเวลาที่ประจุไฟฟ้าในท่อนโลหะทั้งสองเคลื่อนที่กลับไปมาครบ รอบ) ดังรูป 18.5 ข ขณะนี้สนามไฟฟ้าที่จุด P จะลดลงเป็นศูนย์

เมื่อเวลาผ่านไป   $\displaystyle t = \frac{T}{2}$     ท่อนโลหะบนจะมีประจุไฟฟ้าบวกมากที่สุด และท่อนโลหะล่างจะมีประจุไฟฟ้าลบมากที่สุด สนามไฟฟ้าที่จุด P จึงมีค่ามากที่สุดและมีทิศพุ่งลง ดังรูป 18.5 ค หลังจากนั้นประจุไฟฟ้าในท่อนโลหะจะลดน้อยลงๆ สนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นใกล้กับสายอากาศก็จะมีค่าน้อยลงๆ เช่นกัน ขณะที่สนามไฟฟ้าที่มีค่ามากที่สุด ณ เวลา $\displaystyle t = \frac{T}{2}$     จะเคลื่อนที่ออกจากสายอากาศด้วยอัตราเร็วเดียวกับแสง

ต่อมาเมื่อถึงเวลา     $\displaystyle t = \frac{3T}{4}$     ประจุไฟฟ้าในท่อนโลหะทั้งสองเป็นกลางอีก ทำให้สนามไฟฟ้าใกล้กับสายอากาศเป็นศูนย์อีก ดังรูป 18.5 ง เมื่อเวลาของการเคลื่อนที่กลับไปมาของประจุไฟฟ้าครบรอบ คือ t = T จะได้สนามไฟฟ้า ดังรูป 18.5 0 สนามไฟฟ้าจะเกิดขึ้นตามกระบวนการซ้ำรอยเดิม เมื่อประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ครบรอบเสมอ
       สำหรับสนามแม่เหล็ก   $\displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over B}$ จะถูกเหนี่ยวนำให้เกิดขึ้นในทันทีที่มีสนามไฟฟ้า $\displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over E}$    เกิดขึ้น สนามไฟฟ้าทั้งสองจะมีการเปลี่ยนแปลงด้วยเฟสตรงกัน ถ้าสนามไฟฟ้าเป็นศูนย์ สนามแม่เหล็กก็เป็นศูนย์ด้วย ทิศของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กจะตั้งฉากซึ่งกันและกัน ขณะเดียวกันทิศของสนามแม่เหล็กทั้งสองก็ตั้งฉากกับทิศของความเร็วในการ เคลื่อนที่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจึงเป็นคลื่นตามขวาง

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วย     $\displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over E}$ และ $\displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over B}$ ที่ตั้งฉากกัน

ผลคูณเชิงเวกเตอร์ของ $\displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over E}$ และ $\displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over B}$

สรุปสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

1.สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กมีทิศตั้งฉากซึ่งกันและกันและตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ขอคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเสมอ ดังนั้นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจึงเป็นคลื่นตามขวาง

2.สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเป็นฟังก์ชันรูปไซน์และสนามทั้งสองจะเปลี่ยนแปลงตามเวลาด้วยความถี่เดียวกันและเฟสตรงกัน

นักวิทยาศาสตร์ได้ทดลองศึกษาสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและพบว่ามีสมบัติ เหมือนคลื่นทั่วไป ได้แก่ การสะท้อนการหักเห การแทรกสอด การเลี้ยวเบน และโพลาไรเซชัน

1. คลื่นวิทยุ

- ผลิตจากอุปกรณ์อิเลคโทรนิคส์โดยวงจรออสซิลเลเดอร์
- มีความถี่ในช่วง 104 - 109 เฮิร์ตซ์
- ใช้ในการสื่อสาร ส่งกระจายเสียงโดยใช้คลื่นฟ้าและคลื่นดิน
- สามารถเลี้ยวเบนผ่านสิ่งกีดขวางที่มีขนาดใกล้เคียงกับความยาวคลื่นได้
- โลหะมีสมบัติในการสะท้อนและดูดกลืนคลื่นแเหล็กไฟฟ้าได้ดี ดังนั้นคลื่นวิทยุจังผ่านไม่ได้
- การกระจายเสียงออกอากาศมีทั้งระบบ F.M. และ A.M.

1.1 ระบบเอเอ็ม (A.M. = amplitude modulation)

ระบบเอเอ็ม มีช่วงความถี่ 530 - 1600 kHz( กิโลเฮิรตซ์ ) สื่อสารโดยใช้คลื่นเสียงผสมเข้าไปกับคลื่นวิทยุเรียกว่า "คลื่นพาหะ" โดยแอมพลิจูดของคลื่นพาหะจะเปลี่ยนแปลงตามสัญญาณคลื่นเสียง
ในการส่งคลื่นระบบ A.M. สามารถส่งคลื่นได้ทั้งคลื่นดินเป็นคลื่นที่เคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงขนานกับ ผิวโลกและคลื่นฟ้าโดยคลื่นจะไปสะท้อนที่ชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ แล้วสะท้อนกลับลงมา จึงไม่ต้องใช้สายอากาศตั้งสูงรับ

สรุป      A.M. ( Amplitude Moduration)

• เป็นการผสมสัญญานเสียงเข้ากับคลื่นพาหะโดยที่สัญญาณเสียงจะไปบังคับให้แอมปลิจูดของคลื่น
พาหะเปลี่ยนแปลง
• ความถี่ 530-1600 กิโลเฮิร์ตซ์
• สะท้อนกับบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ได้ดี

1.2 ระบบเอฟเอ็ม (F.M. = frequency modulation)

ระบบเอฟเอ็ม มีช่วงความถี่ 88 - 108 MHz (เมกะเฮิรตซ์) สื่อสารโดยใช้คลื่นเสียงผสมเข้ากับคลื่นพาหะ โดยความถี่ของคลื่นพาหะจะเปลี่ยนแปลงตามสัญญาณคลื่นเสียงในการส่งคลื่นระบบ F.M. ส่งคลื่นได้เฉพาะคลื่นดินอย่างเดียวถ้าต้องการส่งให้คลุมพื้นที่ต้องมีสถานีถ่ายทอดและเครื่องรับต้องตั้งเสา อากาศสูง ๆ รับ

สรุป F.M. (Frequency Moduration)

• เป็นการผสมสัญญานเสียงเข้ากับคลื่นพาหะโดยที่สัญญานเสียงจะไปบังคับให้ความถี่ของคลื่นพาหะเปลี่ยนแปลง

• ความถี่ 88-108 เมกะเฮิร์ตซ์

2. คลื่นโทรทัศน์และไมโครเวฟ

คลื่นโทรทัศน์และไมโครเวฟมีความถี่ช่วง 108 - 1012 Hz มีประโยชน์ในการสื่อสาร แต่จะไม่สะท้อนที่ชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ แต่จะทะลุผ่านชั้นบรรยากาศไปนอกโลก ในการถ่ายทอดสัญญาณโทรทัศน์จะต้องมีสถานีถ่ายทอดเป็นระยะ ๆ เพราะสัญญาณเดินทางเป็นเส้นตรง และผิวโลกมีความโค้ง ดังนั้นสัญญาณจึงไปได้ไกลสุดเพียงประมาณ 80 กิโลเมตรบนผิวโลก อาจใช้ไมโครเวฟนำสัญญาณจากสถานีส่งไปยังดาวเทียม แล้วให้ดาวเทียมนำสัญญาณส่งต่อไปยังสถานีรับที่อยู่ไกล ๆ เนื่องจากไมโครเวฟจะสะท้อนกับผิวโลหะได้ดี จึงนำไปใช้ประโยชน์ในการตรวจหาตำแหน่งของอากาศยาน เรียกอุปกรณ์ดังกล่าวว่า เรดาร์ โดยส่งสัญญาณไมโครเวฟออกไปกระทบอากาศยาน และรับคลื่นที่สะท้อนกลับจากอากาศยาน ทำให้ทราบระยะห่างระหว่างอากาศยานกับแหล่งส่งสัญญาณไมโครเวฟได้

สรุป ความถี่ 108 - 1012 เฮิรตซ์

• ไม่สะท้อนกับบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์จึงส่งเป็นเส้นตรงแล้วใช้สถานีถ่ายทอดเป็นระยะ

หรือใช้คลื่นไมโครเวฟนำสัญญาณโทรทัศน์ไป ยังดาวเทียม

• คลื่นโทรทัศน์มีความยาวคลื่นสั้นจึงเลี้ยวเบนผ่านสิ่งกีดขวางใหญ่ๆ เช่น รถยนต์ หรือเครื่องบินไม่ได้

ดังนั้นจะเกิดการสะท้อนกับเครื่องบิน กลับมาแทรกสอดกับคลื่นเดิม ทำให้เกิดคลื่นรบกวนได้

• ไมโครเวฟสะท้อนโลหะได้ดี จึงใช้ทำเรดาห์

3. รังสีอินฟาเรด (infrared rays)

รังสีอินฟาเรดมีช่วงความถี่ 1011 - 1014 Hz หรือความยาวคลื่นตั้งแต่ 10-3 - 10-6 เมตร ซึ่งมีช่วงความถี่คาบเกี่ยวกับไมโครเวฟ รังสีอินฟาเรดสามารถใช้กับฟิล์มถ่ายรูปบางชนิดได้ และใช้เป็นการควบคุมระยะไกลหรือรีโมทคอนโทรลกับเครื่องรับโทรทัศน์ได้

สรุป

• ความถี่ 1011 - 1018

• ตรวจรับได้ด้วยประสาทสัมผัสทางผิวหนัง หรือ ฟิล์มถ่ายรูปชนิดพิเศษ

• สิ่งมีชีวิตแผ่ออกมาตลอดเวลาเพราะเป็นคลื่นความร้อน

• ใช้ในการสื่อสาร เช่น ถ่ายภาพพื้นโลกจากดาวเทียม, ใช้เป็นรีโมทคอนโทรลของเครื่องวิทยุและ

โทรทัศน์ และใช้ควบคุมจรวดนำวิถี

• ใช้เป็นพาหะนำสัญญาณในเส้นใยนำแสง (optical fiber)

4. แสง (light)

สี	ความยาวคลื่น (nm)
ม่วง	380-450
น้ำเงิน	450-500
เขียว	500-570
เหลือง	570-590
แสด	590-610
แดง	610-760

สรุป

• ความถี่ประมาณ 1014 เฮิรตซ์ ความยาวคลื่นประมาณ 10-7• ตรวจรับโดยใช้จักษุสัมผัส

• มักเกิดจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูง , และถ้าวัตถุยิ่งมีอุณหภูมิสูงจะยิ่งมีพลังงานแสงยิ่งมาก

• อาจเกิดจากวัตถุที่มีอุณหภูมิไม่สูงก็ได้ เช่น แสงจากหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์, หิ่งห้อย, เห็ดเรือง
แสง

• เลเซอร์ เป็นแหล่งกำเนิดแสงอาพันธ์ที่ให้แสงโดยไม่อาศัยความร้อน มีความถี่และเฟสคงที่

(ถ้าเป็นแสงที่เกิดจากความร้อนจะมีหลายความถี่และเฟสไม่คงที่) จนสามารถใช้เลเซอร์ในการ
สื่อสารได้ ถ้าใช้เลนส์รวมแสงให้ความเข้มข้นสูงๆ จะใช้เลเซอร์ในการผ่าตัดได้

• บริเวณที่แสงเลเซอร์ตก จะเกิดความร้อน

5. รังสีอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet rays)

รังสีอัลตราไวโอเลต หรือ รังสีเหนือม่วง มีความถี่ช่วง 1015 - 1018 Hz เป็นรังสีตามธรรมชาติส่วนใหญ่มาจากการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ ซึ่งทำให้เกิดประจุอิสระและไอออนในบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ รังสีอัลตราไวโอเลต สามารถทำให้เชื้อโรคบางชนิดตายได้ แต่มีอันตรายต่อผิวหนังและตาคน

สรุป

• มีความถี่ประมาณ 1015- 1018 เฮิรตซ์

•   รังสีนี้ในธรรมชาติ ส่วนใหญ่มาจากดวงอาทิตย์
•   เป็นรังสีที่ทำให้เกิดประจุอิสระและไอออนในบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์
•   เป็นอันตรายต่อเซลผิวหนัง, ตา และใช้ฆ่าเชื้อโรคได้
•   สามารถสร้างขึ้นได้โดยผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในหลอดที่บรรจุไอปรอท
•   ผ่านแก้วได้บ้างเล็กน้อยแต่ผ่านควอตซ์ได้ดี
•   การเชื่อมโลหะด้วยไฟฟ้าจะทำให้เกิดรังสีนี้ได้

6. รังสีเอกซ์ (X-rays)

รังสีเอกซ์ มีความถี่ช่วง 1016 - 1022 Hz มีความยาวคลื่นระหว่าง 10-8 - 10-13 เมตร ซึ่งสามารถทะลุสิ่งกีดขวางหนา ๆ ได้ หลักการสร้างรังสีเอกซ์คือ การเปลี่ยนความเร็วของอิเล็กตรอน มีประโยชน์ทางการแพทย์ในการตรวจดูความผิดปกติของอวัยวะภายในร่างกาย ในวงการอุตสาหกรรมใช้ในการตรวจหารอยร้าวภายในชิ้นส่วนโลหะขนาดใหญ่ ใช้ตรวจหาอาวุธปืนหรือระเบิดในกระเป๋าเดินทาง และศึกษาการจัดเรียงตัวของอะตอมในผลึก

สรุป

• ความถี่ประมาณ 1016 - 1022
• ทะลุผ่านสิ่งกีดขวางหนาๆ ได้ แต่ถูกกั้นได้ด้วยอะตอมของธาตุหนัก จึงใช้ตรวจสอบรอยร้าวในชิ้นโลหะ
ขนาดใหญ่, ใช้ตรวจหาอาวุธปืนในกระเป๋าเดินทาง

• ความยาวคลื่นประมาณ 10 -10 เมตร ซึ่งใกล้เคียงกับขนาดอะตอมและช่องว่างระหว่างอะตอมของผลึก
จึงใช้วิเคราะห์โครงสร้างผลึกได้

7. รังสีแกมมา (X -rays)

รังสีแกมมามีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้ามีความถี่สูงกว่ารังสีเอกซ์ เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์และสามารถกระตุ้น ปฏิกิริยานิวเคลียร์ได้ มีอำนาจทะลุทะลวงสูงไม่ต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่

สรุป

• ใช้เรียกชื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงกว่ารังสีเอกซ์

• รังสีแกมม่าที่พบในธรรมชาติ เช่น รังสีแกมม่าที่เกิดจากการแผ่สลายของสารกัมมันตรังสี, รังสีคอสมิค ที่มาจากอวกาศก็มีรังสีแกมม่าได้
• รังสีแกมม่าอาจทำให้เกิดขึ้นได้ เช่นการแผ่รังสีของอนุภาคไฟฟ้าในเครื่องเร่งอนุภาค

โพลาไรเซชันของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งมีเวกเตอร์สนามไฟฟ้า สั่นอยู่ในทิศทางเดียว ทิศของสนามไฟฟ้านี้เรียกว่าเป็นทิศ โพลาไรเซชันของคลื่น กรณีที่คลื่นมีสนามไฟฟ้าสั่นอยู่ในหลายทิศทางจะเป็นคลื่นแบบไม่โพลาไรซ์

เมื่อแสงไม่โพลาไรซ์ผ่านแผ่นโพลารอยด์ที่มีโมเลกุลของพอลิไวนิลแอลกอฮอล์ฝัง อยู่ในเนื้อพลาสติก สนามไฟฟ้าที่มีทิศตั้งฉากกับแนวการเรียงตัวของโมเลกุล จะผ่านแผ่นโพลารอยด์ออกไปได้ ส่วนสนามไฟฟ้าที่มีทิศขนานกับ แนวการเรียงตัวของโมเลกุล จะถูกโมเลกุลดูดกลืน ต่อไปจะเรียกแนวที่ตั้งฉากกับแนวการเรียงตัวของโมเลกุลนี้ว่า ทิศของโพลาไรซ์ ดังนั้นสรุปได้ว่า

1. แสงที่สนามไฟฟ้ามีทิศขนานกับทิศของโพลาไรซ์ สามารถผ่านแผ่นโพลารอยด์ได้
2. แสงที่สนามไฟฟ้ามีทิศตั้งฉากกับทิศของโพลาไรซ์ จะถูกแผ่นโพลารอยด์ดูดกลืน
3. สนามไฟฟ้าที่มีทิศขนานกับทิศของโพลาไรซ์ จะผ่านแผ่นโพลารอยด์ออกมา

ดังนั้นแสงที่ผ่านแผ่นโพลารอยด์ออกมาเป็นแสงโพลาไรซ์ในแนวดิ่ง

เมื่อให้แสงไม่โพลาไรซ์ผ่านแผ่นโพลารอยด์สองแผ่นที่วางขนานกัน ขณะหมุนแผ่นโพลารอยด์แผ่นที่หนึ่งความสว่างของแสงที่ผ่านโพลารอยด์แผ่นที่ สองจะเปลี่ยนไป ความสว่างของแสงจะมากที่สุด เมื่อทิศของโพลาไรซ์ของแผ่นโพลารอยด์ทั้งสองอยู่ขนานกันและความสว่างน้อยที่ สุด เมื่อทิศของโพลาไรซ์ของแผ่นโพลารอยด์ทั้งสองตั้งฉากกัน (ถ้าแผ่นโพลารอยด์มีคุณภาพดีมาก จะไม่มีแสงผ่านออกมาเลย)แสงที่สะท้อนจากผิววัตถุโดยมีมุม ตกกระทบพอเหมาะเป็นแสงโพลาไรซ์ เพราะทิศของ สนามไฟฟ้าของแสงโพลาไรซ์มีทิศการเปลี่ยนแปลงกลับไปมาในแนวเดียว เมื่อหมุนแผ่นโพลารอยด์ในจังหวะที่ทิศของโพลาไรซ์ขนานกับทิศการ เปลี่ยนแปลง กลับไปมาของสนามไฟฟ้า แสงก็ผ่านออกมาทำให้เห็นสว่าง แต่ถ้าทิศทั้งสองตั้งฉากกัน แสงจะดูดกลืนทำให้มืด สำหรับแสงไม่โพลาไรซ์ที่ผ่านแผ่นโพลารอยด์ซึ่งหมุนครบรอบ ความสว่างไม่เปลี่ยนแปลงคลื่นแสงที่ไม่โพลาไรซ์

สามารถทำให้โพลาไรซ์ได้ด้วยกระบวนการ

1. การสะท้อน (Reflection)

2. การหักเหซ้อน (Double Refraction)

3. การกระเจิง (Scattering

ขอขอบคุณ

http://physicalmagneticwave15.blogspot.com/
http://www.myfirstbrain.com/student_view.aspx?id=76376

จัดทำโดย

กลุ่ม ธิวาจันทราสว่าง

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

วันอาทิตย์ที่ 13 กันยายน พ.ศ. 2558

คลื่นแม่เหล้กไฟฟ้า

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น