ใบความรู้
เรื่อง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นคลื่นชนิดหนึ่งที่ไม่ต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่ เช่น คลื่นวิทยุ คลื่นไมโครเวฟ
ปัจจุบันมีการใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในหลายๆด้านเช่น การติดต่อสื่อสาร (มือถือ โทรทัศน์ วิทยุ เรดาร์ ใยแก้วนำแสง) ทางการแพทย์ (รังสีเอกซ์) การทำอาหาร (คลื่นไมโครเวฟ) การควบคุมรีโมท (รังสีอินฟราเรด)
คุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคือเป็นคลื่นที่เกิดจากคลื่นไฟฟ้าและคลื่นแม่เหล็กตั้งฉากกันและเคลื่อนที่ไปยังทิศทางเดียวกัน คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถเดินทางได้ด้วยความเร็ว 299,792,458 เมตร/วินาที หรือเทียบเท่ากับความเร็วแสง
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เกิดจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic disturbance) โดยการทำให้สนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กมีการเปลี่ยนแปลง เมื่อสนามไฟฟ้ามีการเปลี่ยนแปลงจะเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็ก หรือถ้าสนามแม่เหล็กมีการเปลี่ยนแปลงก็จะเหนี่ยวนำให้เกิดสนามไฟฟ้า
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นตามขวาง ประกอบด้วยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่มีการสั่นในแนวตั้งฉากกัน และอยู่บนระนาบตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นที่เคลื่อนที่โดยไม่อาศัยตัวกลาง จึงสามารถเคลื่อนที่ในสุญญากาศได้
สเปกตรัม (Spectrum) ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะประกอบด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่และความยาวคลื่นแตกต่างกัน ซึ่งครอบคลุมตั้งแต่ คลื่นแสงที่ตามองเห็น อัลตราไวโอเลต อินฟราเรด คลื่นวิทยุ โทรทัศน์ ไมโครเวฟ รังสีเอกซ์ รังสีแกมมา เป็นต้น ดังนั้นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า จึงมีประโยชน์มากในการสื่อสารและโทรคมนาคม และทางการแพทย์
สมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
- ไม่ต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่( บางชนิด )
- อัตราเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิดในสุญญากาศเท่ากับ 299,792,458 เมตร/วินาที ซึ่งเท่ากับ อัตราเร็วของแสง
- เป็นคลื่นตามขวาง
- ถ่ายเทพลังงานจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่ง
- ถูกปล่อยออกมาและถูกดูดกลืนได้โดยสสาร
- ไม่มีประจุไฟฟ้า
- คลื่นสามารถแทรกสอด สะท้อน หักเห และเลี้ยวเบนได้
|
|
|
|
|
สเปกตรัม(Spectrum)ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะประกอบด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่และความยาวคลื่นแตกต่างกัน ซึ่งครอบคลุมตั้งแต่ คลื่นวิทยุ คลื่นไมโครเวฟและคลื่นโทรทัศน์ รังสีอินฟราเรด คลื่นแสงรังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ รังสีแกมม่า
|
|
|
|
1. คลื่นวิทยุ
- ผลิตจากอุปกรณ์อิเลคโทรนิคส์โดยวงจรออสซิลเลเดอร์
- มีความถี่ในช่วง 104 - 109 เฮิร์ตซ์
- ใช้ในการสื่อสาร ส่งกระจายเสียงโดยใช้คลื่นฟ้าและคลื่นดิน
- สามารถเลี้ยวเบนผ่านสิ่งกีดขวางที่มีขนาดใกล้เคียงกับความยาวคลื่นได้
- โลหะมีสมบัติในการสะท้อนและดูดกลืนคลื่นแเหล็กไฟฟ้าได้ดี ดังนั้นคลื่นวิทยุจังผ่านไม่ได้
- การกระจายเสียงออกอากาศมีทั้งระบบ F.M. และ A.M.
|
|
A.M. ( Amplitude Moduration)
- เป็นการผสมสัญญานเสียงเข้ากับคลื่นพาหะ
โดยที่สัญญาณเสียงจะไปบังคับให้แอมปลิจูดของ คลื่นพาหะเปลี่ยนแปลง
- ความถี่ 530-1600 กิโลเฮิร์ตซ์
- .สะท้อนกับบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ได้ดี
|
|
F.M. (Frequency Moduration)
- เป็นการผสมสัญญานเสียงเข้ากับคลื่นพาหะ
โดยที่สัญญานเสียงจะไปบังคับให้ความถี่ของคลื่น พาหะเปลี่ยนแปลง
- ความถี่ี่ 88-108 เมกะเฮิร์ตซ์
- สะท้อนกับบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ได้
น้อยมาก จังใช้ได้แต่คลื่นดิน โดยต้องมีสถานี ถ่ายทอดเป็นระยะ หรืออาจใช้ดาวเทียมช่วยสะท้อน คลื่นในอวกาศ
|
|
|
- การส่งและรับสัญญาณคลื่นวิทยุ ใช้หลักการของไฟฟ้ากระแสสลับ คือ ทั้งในเครื่องรับและเครื่องส่ง
วิทยุต่างก็มีวงจรไฟฟ้า LC
|
|
|
|
ทรานซ์ซิสเตอร์ ---->>พลังงานของคลื่น สร้างสัญญาณไฟฟ้า ความถี่นั้นมีค่ามากที่สุด ที่เรโซแนนซ์กับวงจร LC |
|
|
คลื่นวิทยุที่ส่งมามีความถี่ตรงกับ ความถี่ของวงจร LC จึงเกิดเรโแนนซ์กัน ทำให้ใช้เลือกสถานีวิทยุได้
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. คลื่นไมโครเวฟและคลื่นโทรทัศน์
- ความถี่ 108 - 1012 เ้ฮิรตซ์
- ไม่สะท้อนกับบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์จึงส่งเป็นเส้นตรงแล้วใช้สถานีถ่ายทอดเป็นระยะ หรือใช้คลื่น
ไมโครเวฟนำสัญญานโทรทัศน์ไปยังดาวเทียม
- คลื่นโทรทัศน์มีความยาวคลื่นสั้นจึงเลี้ยวเบนผ่านสิ่งกีดขวางใหญ่ๆ เช่น รถยนต์ หรือเครื่องบินไม่ได้ ดังงนั้นจะเกิดการสะท้อนกับเครื่องบิน กลับมาแทรกสอดกับคลื่นเดิม ทำให้เกิดคลื่นรบกวนได้
- ไมโครเวฟสะท้อนโลหะได้ดี จึงใช้ทำเรดาห์
|
|
|
|
|
|
|
|
3. รังสีอินฟราเรด
- ความถี่ 1011 - 1018
- ตรวจรับได้ด้วยประสาทสัมผัสทางผิวหนัง หรือ ฟิล์มถ่ายรูปชนิดพิเศษ
- ส่ิงมีชีวิตแผ่ออกมาตลอดเวลาเพราะเป็นคลื่นความร้อน
- ใช้ในการสื่อสาร เช่น ถ่ายภาพพื้นโลกจากดาวเทียม, ใช้เป็นรีโมทคอนโทรลของเครื่องวิทยุและโทรทัศน์ และใช้ควบคุมจรวดนำวิถี
- ใช้เป็นพาหะนำสัญญาณในเส้นใยนำแสง (optical fiber)
|
|
|
|
4. แสง
- ความถี่ประมาณ 1014 เฮิรตซ์ ความยาวคลื่นประมาณ 10-7
- ตรวจรับโดยใช้จักษุสัมผัส
- มักเกิดจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูง , และถ้าวัตถุยิ่งมีอุณหภูมิสูงจะยิ่งมีพลังงานแสงยิ่งมาก
- อาจเกิดจากวัตถุที่มีอุณหภูมิไม่สูงก็ได้ เช่น แสงจากหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์, หิ่งห้อย, เห็ดเรืองแสง
- เลเซอร์ เป็นแหล่งกำเนิดแสงอาพันธ์ที่ให้แสงโดยไม่อาศัยความร้อน มีความถี่และเฟสคงที่ (ถ้าเป็นแสงที่เกิดจากความร้อนจะมีหลายความถี่และเฟสไม่คงที่) จนสามารถใช้เลเซอร์ในการสื่อสารได้, ถ้าใช้เลนส์รวมแสงให้ความเข้มข้นสูงๆ จะใช้เลเซอร์ในการผ่าตัดได้
- บริเวณที่แสงเลเซอร์ตก จะเกิดความร้อน
|
|
|
|
5. รังสีอัลตราไวโอเลต (รังสีเหนือม่วง)
- มีความถี่ประมาณ 1015- 1018 เฮิรตซ์
- รังสีนี้ในธรรมชาติ ส่วนใหญ่มาจากดวงอาทิตย์
- เป็นรังสีที่ทำให้เกิดประจุอิสระและไอออนในบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์
- เป็นอันตรายต่อเซลผิวหนัง, ตา และใช้ฆ่าเชื้ัอโรคได้
- สามารถสร้างขึ้นได้โดยผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในหลอดที่บรรจุไอปรอท
- ผ่านแก้วได้บ้างเล็กน้อยแต่ผ่านควอตซ์ได้ดี
- การเชื่อมโลหะด้วยไฟฟ้าจะทำให้เกิดรังสีนี้ได้
|
|
|
6. รังสีเอกซ์ (รังสีเรินเกนต์)
- ความถี่ประมาณ 1016 - 1022
- ทะลุผ่านสิ่งกีดขวางหนาๆ ได้ แต่ถูกกั้นได้ด้วยอะตอมของธาตุหนัก จึงใช้ตรวจสอบรอยร้าวในชิ้นโลหะขนาดใหญ่, ใช้ตรวจหาอาวุธปืนในกระเป๋าเดินทาง
- ความยาวคลื่นประมาณ 10 -10 เมตร ซึ่งใกล้เคียงกับขนาดอะตอมและช่องว่างระหว่างอะตอมของผลึกจึงใช้วิเคราะห์โครงสร้างผลึกได้
|
|
|
7. รังสีแกมม่า
- ใช้เรียกชื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงกว่ารังสีเอกซ์
- รังสีแกมม่าที่พบในธรรมชาติ เช่น รังสีแกมม่าที่เกิดจากการแผ่สลายของสารกัมมันตรังสี, รังสีคอสมิคที่มาจากอวกาศก็มีรังสีแกมม่าได้
- รังสีแกมม่าอาจทำให้เกิดขึ้นได้ เช่นการแผ่รังสีของอนุภาคไฟฟ้าในเครื่องเร่งอนุภาีค
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*
*
*
*