บทที่ 3 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ลักษณะคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นตามขวาง ประกอบด้วยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่มีการสั่นในแนวตั้งฉากกัน และอยู่บนระนาบตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นที่เคลื่อนที่โดยไม่อาศัยตัวกลาง จึงสามารถเคลื่อนที่ในสุญญากาศได้

สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

***สิ่งที่ควรรู้

1. ถ้าเรียงลำดับสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากความยาวคลื่น(λ)มากไปน้อยจะได้เป็น วิทยุ ไมโครเวฟ อินฟราเรด แสง อัลตราไวโอเลต รังสีเอ็กซ์ รังสีแกมมา


2. ความเร็วในการเคลื่อนที่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศ(c) มีค่าเท่ากับ 3x10 ยกกำลัง8 เมตร/วินาที


3. ความสัมพันธ์ระหว่าง ความยาวคลื่น(λ ) ความถี่(f) และ ความเร็ว(c) เป็นดังนี้





4. แสง มีความยาวคลื่น 400 nm-700 nm เรียงจากความยาวคลื่นจากน้อยไปมาก คือ ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง

คลื่นวิทยุ

คลื่นวิทยุ เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่อยู่ใน
ช่วงเฮิรตซ์
ระบบเอเอ็ม (Amplitude Modulation : A.M.) ความถี่อยู่ในช่วง 530-1600 กิโลเฮิรตซ์ จะเป็นการผสม(Modulate) สัญญาณเสียงเข้ากับคลื่นวิทยุ (คลื่นพาหะ) โดยสัญญาณเสียงจะบังคับให้คลื่นพาหะมีแอมพลิจูดเปลี่ยนแปลงไปตามสัญญาณเสียง คลื่นวิทยุในช่วงความถี่นี้จะสามารถสะท้อนได้ดีที่บรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์


ข้อดี คือ ทำให้สามารถสื่อสารได้ไกลเป็นพันๆ กิโลเมตร(คลื่นฟ้า)


ข้อเสีย คือ จะถูกคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากแหล่งอื่นๆ แทรกเข้ามา รบกวนได้ง่าย


ระบบเอฟเอ็ม (Frequency Modulation : F.M.) ความถี่อยู่ในช่วง 80-108 เมกะเฮิรตซ์ เป็นการผสม(Modulate) สัญญาณเสียงเข้ากับคลื่นวิทยุ (คลื่นพาหะ) โดยสัญญาณเสียงจะบังคับให้คลื่นพาหะมีความถี่เปลี่ยนไปตามสัญญาณเสียง


ข้อดี คือ ทำให้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากแหล่งอื่นรบกวนได้ยาก


ข้อเสีย คือ สะท้อนบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ได้น้อยมาก ทำให้การส่งกระจายเสียงต้องใช้สถานีถ่ายทอดเป็นระยะๆ (คลื่นดิน)


คลื่นโทรทัศน์และไมโครเวฟ


คลื่นโทรทัศน์และไมโครเวฟ มีความถี่ในช่วง
เฮิรตซ์ เป็นคลื่นที่ไม่สะท้อนในชั้นไอโอโนสเฟียร์ แต่จะทะลุชั้นบรรยากาศออกไปนอกโลกเลย การส่งสัญญาณต้องมีสถานีถ่ายทอดเป็นระยะๆ หรือใช้ดาวเทียมในการถ่ายทอด ส่วนคลื่นไมโครเวฟจะใช้ในอุปกรณ์สำหรับหาตำแหน่งของสิ่งกีดขวาง ตรวจจับอัตราเร็วของรถยนต์ และอากาศยานในท้องฟ้า ซึ่งเป็นอุปกรณ์สร้างขึ้นเพื่อใช้ตรวจหาที่เรียกว่า เรดาร์ (Radiation Detection And Ranging : RADAR) เพราะคลื่นไมโครเวฟสามารถสะท้อนผิวโลหะได้ดี ทำให้อาหารสุกได้ โดยโมเลกุลของน้ำที่อยู่ในอาหารสั่นสะเทือนประมาณ 2450 ล้านครั้งต่อนาที การสั่นนี้ทำให้อาหารดูดพลังงาน และเกิดความร้อนในอาหารโดยไม่มีการสูญเสียพลังงานในการทำให้เตาหรืออากาศในเตาร้อนขึ้น อาหารจึงร้อนและสุกอย่างรวดเร็ว ภาชนะที่ทำด้วยโลหะและไม้ไม่ควรใช้ เพราะโลหะสะท้อนไมโครเวฟออกไป ส่วนเนื้อไม้มีความชื้น เมื่อร้อนจะทำให้ไม้แตกควรใช้ภาชนะประเภทกระเบื้อง และแก้วเพราะจะไม่ดูดความร้อนจากสนามแม่เหล็ก


รังสีอินฟราเรด
รังสีอินฟราเรด มีความถี่ในช่วง
เฮิรตซ์ เกิดจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงโดยมนุษย์สามารถรับรังสีนี้ได้โดยประสาทสัมผัสทางผิวหนัง รังสีอินฟราเรดมีความสามารถทะลุผ่านเมฆหมอกที่หนาได้มากกว่าแสงธรรมดา จึงทำให้รังสีอินฟราเรดมาใช้ในการศึกษาสภาพแวดล้อมและลักษณะพื้นผิวโลก โดยการถ่ายภาพพื้นโลกจากดาวเทียม ส่วนนักธรณีวิทยาก็อาศัยการถ่ายภาพจากดาวเทียมด้วยรังสีอินฟราเรดในการสำรวจหาแหล่งน้ำมัน แร่ธาตุ และชนิดต่างๆ ของหินได้


นอกจากนี้รังสีอินฟราเรดยังใช้ในรีโมทคอนโทรล (Remote control) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ควบคุมระยะไกลในกรณีนี้รังสีอินฟราเรดจะเป็นตัวนำคำสั่งจากอุปกรณ์ควบคุมไปยังเครื่องรับ และใช้รังสีอินฟราเรดเป็นพาหนะนำสัญญาณในเส้นใยนำแสง (Optical fiber) ปัจจุบันทางการทหารได้นำรังสีอินฟราเรดนี้มาใช้ในการควบคุมการเคลื่อนที่ของอาวุธนำวิถีให้เคลื่อนที่ไปยังเป้าหมายได้อย่างแม่นยำ


แสง
แสง มีความถี่ประมาณ
เฮิรตซ์ มีความยาวคลื่น 400nm-700nm มนุษย์สามารถรับรู้แสงได้ด้วยประสาทสัมผัสทางตา โดยจะเห็นเป็นสีต่างๆ เรียงจากความถี่มากไปน้อย คือ ม่วง คราม น้ำเงิน เขียวเหลือง แสด แดง ส่วนใหญ่แสงจะเกิดจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงมากๆ ซึ่งจะส่งออกมาพร้อมๆกันหลายความถี่ เมื่อมีอุณหภูมิยิ่งสูงความถี่แสงที่เปล่งออกมาก็ยิ่งมาก นักวิทยาศาสตร์จึงใช้สีแสงของดาวฤกษ์ในการบอกว่าดาวฤกษ์ดวงใดมีอุณหภูมิสูงกว่ากัน เช่น ดาวฤกษ์สีน้ำเงินจะมีอุณหภูมิสูงกว่าดาวฤกษ์สีเหลือง,เปลวไฟจากเตาแก๊สซึ่งมีอุณหภูมิสูงจะเกิดสีน้ำเงิน หรือสีม่วง แต่ไฟจากแสงเทียนซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าจะเกิดแสงสีแดง หรือสีแสด เป็นต้น


รังสีอัลตราไวโอเลต
รังสีอัลตราไวโอเลต มีความถี่ในช่วง
เฮิรตซ์ ในธรรมชาติส่วนใหญ่มาจากดวงอาทิตย์รังสีนี้เป็นตัวการทำให้บรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์แตกตัวเป็นไอออนได้ดี(เพราะรังสีอัลตราไวโอเลตมีพลังงานสูงพอที่ทำให้อิเล็กตรอนหลุดจากโมเลกุลอากาศ พบว่าในไอโอโนสเฟียร์มีโมเลกุลหลายชนิด เช่น โอโซนซึ่งสามารถกั้นรังสีอัลตราไวโอเลตได้ดี)
ประโยชน์ของรังสีอัลตราไวโอเลต คือ ใช้ตรวจสอบลายมือชื่อ,ใช้รักษาโรคผิวหนัง,ใช้ฆ่าเชื้อโรคบางชนิดได้,ใช้ในสัญญาณกันขโมย แต่รังสีอัลตราไวโอเลตถ้าได้รับในปริมาณที่สูงอาจทำให้เกิดอันตรายต่อเซลล์ผิวหนังเป็นมะเร็งผิวหนัง และเป็นอันตรายต่อนัยน์ตาของมนุษย์ได้


รังสีเอกซ์
รังสีเอกซ์ มีความถี่ในช่วง
เฮิรตซ์ มี 2 แบบรังสีเอกซ์มีสมบัติในการทะลุสิ่งกีดขวางหนาๆ และตรวจรับได้ด้วยฟิล์ม จึงใช้ประโยชน์ในการหารอยร้าวภายในชิ้นโลหะขนาดใหญ่ ใช้ในการตรวจสอบสัมภาระของผู้โดยสาร ตรวจหาอาวุธปืนหรือวัตถุระเบิดและในทางการแพทย์ใช้รังสีเอกซ์ฉายผ่านร่างกายมนุษย์ไปตกบนฟิล์มในการตรวจหาความผิดปกติของอวัยวะภายใน และกระดูกของมนุษย์


รังสีแกมมา
รังสีแกมมา ใช้เรียกคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงมากกว่ารังสีเอกซ์ เกิดจากการสลายตัวของนิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสี หรือเป็นรังสีพลังงานสูงจากนอกโลก เช่น รังสีคอสมิกและบางชนิดมาจากการแผ่รังสีของประจุไฟฟ้าที่ถูกเร่งในเครื่องเร่งอนุภาค (Cyclotron) มีอันตรายต่อมนุษย์มากทีึ่สุด เพราะสามารถทำลายเซลล์สิ่งมีชีวิตได้ แต่สามารถใช้ประโยชน์ในการรักษาโรคมะเร็งได้

ขอขอบคุณข้อมูลความรู้, รูปภาพ, วิดีโอ

http://www.atom.rmutphysics.com/charud/oldnews/0/285/17/2/EMW.htm
http://www.gisthai.org/about-gis/electromagnetic.html