คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

         คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic wave) คือ คลื่นที่เกิดจากการเหนี่ยวนำของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก
ทฤษฐีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์
การเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็ก จะเหนี่ยวนำให้เกิดสนามไฟฟ้าขึ้นรอบๆ ไม่ว่าบริเวณนั้นจะเป็นตัวนำ ฉนวนหรือที่ว่าง

สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าเกิดจากการเหนี่ยวนำอย่างต่อเนื่องกันเกิดเป็นคลื่นแม่เหล้กไฟฟ้า ลักษณะของคลื่นแม่เหล้กไฟฟ้ามีดังนี้
1. ทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตั้งฉากกับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก โดยที่สนามไฟฟ้าตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก
2. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว 3×108 เมตรต่อวินาที โดยไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่
3. ทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คือ EXB
4. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจัดเป็นคลื่นตามขวาง
5. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าใดๆ มีสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กซึ่งมีเฟสตรงกัน
6. ประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่งหรือความหน่วง จะมีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้น

การทดลองของเฮิรตซ์

การทดลองของเฮิรตซ์ทำโดยนำวงแหวนเหล็กมาพันด้วยขดลวด A และ B โดยจำนวนรอบของขดลวด A น้อยกว่าำจำนวนรอบของขดลวด B เมื่อเปิดและปิดสวิตซ์ S สลับกันทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงด้วย เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า ทำใหเความต่างศักย์ระหว่างปลาย C สูงมาก เกิดเป็นประกายไฟระหว่างปลาย C เมื่อนำวงแหวนเหล็กปลายเปิด D มา่วางใกล้กับปลายขดลวด C จะเกิดประกายไฟที่ปลาย D ทุกครั้งที่มีประกายไฟที่ช่อง C การทดลองของเฮิรตซ์สรุปได้ว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความเร็วเท่ากับความเร็วแสง

การแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากสายอากาศ เมื่อต่อแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเข้ากับสายอากาศที่อยู่ในแนวดิ่ง ประจุไฟฟ้าในสายอากาศจะเคลื่อนที่กลับไปกลับมาด้วยความเร่งในแนวดิ่ง ทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากระจายออกจากสายอากาศในทุกทิศทาง ยกเว้นทิศที่อยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกับสายอากาศ

สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic spectrum) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความถี่ประมาณ 108 เฮิรตซ์ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแต่ละชนิดมีความถี่แตกต่างกัน โดยความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีช่วงต่อเนื่องกันเรียกว่าสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิดเคลื่อนที่ในสุญญากาศด้วยความเร็ว 3×108 เมตรต่อวินาที สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล้กไฟฟ้าประกอบด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งมีความถี่เรียงจากน้อยไปมาก ดังนี้ คลื่นวิทยุ คลื่นโทรทัศน์ คลื่นไมโครเวฟ รังสีอินฟราเรด แสง รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ รังสีแกมมา

1.คลื่นวิทยุ
ผลิตจากอุปกรณ์อิเลคโทรนิคส์โดยวงจรออสซิลเลเตอร์
มีวคามถี่ในช่วง 104 -109 เฮิรตซ์
ใช้ในการสื่อสาร ส่งกระจายเสียงโดยใช้คลื่นฟ้าและคลื่นดิน
สามารถเลี้ยวเบนผ่านสิ่งกีดขวางที่มีขนาดใกล้เคียงกับความยาวคลื่นได้
โลหะมีสมบัติในการสะท้อนและดูดกลืนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ดี, ดังนั้นคลื่นวิทยุจึงผ่านไม่ได้
การกระจายเสียงออกอากาศมีทั้งระบบ FM และ AM

การส่งและรับคลื่นวิทยุ ใช้หลักของไฟฟ้ากระแสสลับ คือ ทั้งในเครื่องและเครื่องส่งวิทยุต่างก็มีวงจรไฟฟ้า LC

2. คลื่นไมโครเวฟและคลื่นโทรทัศน์
ความถี่ 108 – 1012 เฮิรตซ์
ไม่สะท้อนกับบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ จึงส่งเป็นเส้นตรงแล้วใช้สถานีถ่ายทอดเป็นระยะ หรือใช้คลื่นไมโครเวฟนำสัญญาณโทรทัศน์ไปยังดาวเทียม
คลื่นโทรทัศร์มีความยาวคลื่นสั้น จึงเลี้ยวเบนผ่านสิ่งกีดขวางใหญ่ๆ เช่น รถยนต์ หรือเครื่องบินไม่ได้ ดังนั้นจะเกิดการสะท้อนกับเครื่องบิน กลับมาแทรกสอดกัลคลื่นเดิม ทำให้เกิดคลื่นรบกวนได้
ไมโครเวฟสะท้อนโลหะได้ดี จึงใช้ทำเรดาร์
3.รังสีอินฟราเรด
ความถี่ 1011 – 1018 เฮิรตซ์
ตรวจรับได้ด้วยประสามสัมผัสทางผิวหนัง หรือ ฟิล์มถ่ายรูปชนิดพิเศษ
สิ่งมีชีวิตแผ่ออกมาตลอดเวลาเพราะเป็นคลื่รความร้อน
ใช้ในการสื่อสาร เช่น ถ่านภาพพื้นโลกจากดาวเทียม, ใช้เป็นรีโมทคอนโทรลของเครื่องวิทยุและโทรทัศน์ และใช้ควบคุมจรวดนำวิถี
ใช้เป็นพาหะนำสัญญาณในเส้นใยนำแสง (optical fiber)
แสง
ความถี่ประมาณ 1014 เฮิรตซ์ ความยาวคลื่นประมาณ 10-7 เมตร
ตรวจรับโดยใช้จักษุสัมผัส
มักเกิดจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูง, และถ้าวัตถุยิ่งมีอุณหภูมิสูงจะยิ่งมีพลังงานแสงยิ่งมาก
อาจเกิดจากวัตถุที่มีอุณหภูมิไม่สูงก็ได้ เช่น แสงจากหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์, หิ่งห้อย, เห็ดเรืองแสง
เลเซอร์ เป็นแหล่งกำเนิดแสงอาพันธ์ที่ให้แสงโดยไม่อาศัยความร้อน มีความถี่และเฟสคงที่ (ถ้าเป็นแสงที่เกิดจากความร้อนจะมีหลายความถี่และเฟสไม่คงที่) จนสามารถใช้เลเซอร์ในการสื่อสารได้, ถ้าใช้เลนส์รวมแสงให้ความเข้นข้มสูงๆ จะใช้เลเซอร์ในการผ่าตัดได้
บริเวณที่แสงเลเซอร์ตก จะเกิดความร้อน
5. รังสีอัลตราไวโอเลต (รังสีเหนือม่วง)
มีความถี่ประมาณ 1015 – 1018 เฮิรตซ์
รังสีนี้ในธรรมชาติ ส่วนใหญ่มาจากดวงอาทิตย์
เป็นรังสีที่มำให้เกิดประจุอิสระและไำอออนในบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์
เป็นอันตรายต่อเซลผิวหนัง, ตา และใช้ฆ่าเชื้อโรคได้
สามารถสร้างขึ้นได้โดยผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในหลอดที่บรรจุไอปรอทผ่านแก้วได้บ้างเล็กน้อยแต่ผ่านควอตซ์ได้ดี
การเชื่อมโลหะด้วยไฟฟ้าจะเกิดรังสีนี้ได้
6. รังสีเอกซ์ (รังสีเรินเกนต์)
ความถี่ประมาณ 1016 – 1022 เฮิรตซ์
ทะลุผ่านสิ่งกีดขวางหนาๆได้ แต่ถูกกั้นได้ด้วยอะตอมของธาตุหนัก จึงใช้ตรวจสอบรอยร้าวในชิ้นโลหะขนาดใหญ่, ใช้ตรวจหาอาวุธปืนในกระเป๋าเดินทาง
ความยาวคลื่นประมาณ 10-10 เมตร ซึ่งใกล้เคียงกับขนาดอะตอมและช่องว่างระหว่างอะตอมของผลึกจึงใช้วิเคราะห์โครงสร้างผลึกได้
7. รังสีแกมม่า
ใช้เรียกชื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงกว่ารังสีเอกซ์
สังสีแกมม่าที่พบในธรรมชาติ เช่น รังสีแกมม่าที่เกิดจากการแผ่สลายของสารกัมมันตรังสี, รังสีคอสมิค ที่มาจากอวกาศก็มีรังสีแกมม่าได้
สังสีแกมม่าทำให้เกิดขึ้นได้ เช่นการแผ่รังสีของอนุภาคไฟฟ้าในเครีื่องเร่งอนุภาค

โพลาไรเซชันของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คือ ปรากฎการณ์ซึ่งอนุภาคของตัวกลางขอลคลื่นสั่นในระนาบเดียว
สารอากาศโทรทัศน์ในแนวดิ่ง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงกลับไปกลับมาในแนวระดับ สนามไำฟฟ้าจึงเปลี่ยนแปลงในแนวระดับ เรียกว่า คลื่นโพลาไรส์ในแนวระดับ
โพลาไรส์เซชันของแสง แสงแบ่งเป็น 2 ชนิดคือ แสงไม่โพลาไรส์และแสงโพลาไรส์
1. แสงไม่โพลาไรส์ คือ แสงจากแหล่งกำเนิดทั่วไปซึ่งมีระนาบของการสั้นหลายระนาบ
2. แสงโพลาไรส์ คือ แสงที่มีระนาบของการสั่นระนาบเดียว

แผ่นโพลารอยด์ คือ อุปกรณ์ซึ่งยอมให้แสงที่มีระนาบของการสั่นตรงกับแกนของแผ่นโพลารอยด์เคลื่อนที่ผ่าน
การเคลื่อนที่ของแสงผ่านแผ่นโพลารอยด์ เมื่อให้แสงที่ไม่โพลาไรส์เคลื่อนที่ผ่านแผ่นโพลารอยด์ จะมีแสงซึ่งมีระนาบของการสั่นตรงกับแกนของแผ่นโพลารอยด์เคลื่อนที่ผ่านแผ่นโพลารอยด์ แสงที่เคลื่อนที่ผ่านแผ่นโพลารอยด์มีระนาบของการสั่นระนาบเดียว เรียกว่า แสงโพลาไรส์

การเคลื่อนที่ของแสงผ่านแผ่นโพลารอยด์ 2 แผ่น เมื่อให้แสงไม่โพลาไรส์เคลื่อนที่ผ่านแผ่นโพลารอยด์ 2 แผ่น สามารถสังเกตผลได้ ดังนี้
แผ่นโพลารอยด์ทั้งสองมีระนาบขนานกัน ความสว่างที่ผ่านออกมามากที่สุด
แผ่นโพลารอยด์ทั้งสองมีระนาบตั้งฉากกัน ความสว่างที่ผ่านออกมาน้อยที่สุด

About these ads
ข้อความนี้ถูกเขียนใน Uncategorized คั่นหน้า ลิงก์ถาวร

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s