พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า
พลังงงานแม่เหล็กไฟฟ้าหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Spectrum) เป็นพลังงานต่อเนื่องที่มีค่าความยาวช่วงคลื่นตั้งแต่เศษส่วนพันล้านเมตร (Nanometers, 10-9 เมตร) จนถึงหลายเมตร และเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศในลักษณะเป็นคลื่นมีความเร็วเท่ากับแสงคือ 299,792.458 กิโลเมตร/วินาที หรือประมาณ 3 x 108 เมตร/วินาที ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดพลังงานในรูปแม่เหล็กไฟฟ้าทางธรรมชาติ ซึ่งมีการแผ่พลังงานไปตามทฤษฎีของคลื่นที่มีการเคลื่อนที่แบบฮาร์โมนิค (Harmonic) ซึ่งมีช่วงซ้ำและจังหวะเท่ากันในเวลาหนึ่งมีความเร็วเท่าแสง (c) ระยะทางจากยอดคลื่นถึงยอดคลื่นถัดไปเรียกว่าความยาวคลื่น (l) และจำนวนยอดคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านจุดคงที่จุดหนึ่งต่อหน่วยเวลา เรียกว่า ความถี่คลื่น (ƒ) ซึ่งมีความสัมพันธ์กับความเร็วคลื่น คือ
พลังงงานแม่เหล็กไฟฟ้าหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Spectrum) เป็นพลังงานต่อเนื่องที่มีค่าความยาวช่วงคลื่นตั้งแต่เศษส่วนพันล้านเมตร (Nanometers, 10-9 เมตร) จนถึงหลายเมตร และเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศในลักษณะเป็นคลื่นมีความเร็วเท่ากับแสงคือ 299,792.458 กิโลเมตร/วินาที หรือประมาณ 3 x 108 เมตร/วินาที ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดพลังงานในรูปแม่เหล็กไฟฟ้าทางธรรมชาติ ซึ่งมีการแผ่พลังงานไปตามทฤษฎีของคลื่นที่มีการเคลื่อนที่แบบฮาร์โมนิค (Harmonic) ซึ่งมีช่วงซ้ำและจังหวะเท่ากันในเวลาหนึ่งมีความเร็วเท่าแสง (c) ระยะทางจากยอดคลื่นถึงยอดคลื่นถัดไปเรียกว่าความยาวคลื่น (l) และจำนวนยอดคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านจุดคงที่จุดหนึ่งต่อหน่วยเวลา เรียกว่า ความถี่คลื่น (ƒ) ซึ่งมีความสัมพันธ์กับความเร็วคลื่น คือ
ความยาวคลื่นและความถี่คลื่นมีความสัมพันธ์กันแบบผกผัน
คือ ความยาวคลื่นสั้นจะมีความถี่สูง (มาก)
ส่วนคลื่นทีทมีความยาวคลื่นยาวจะมีความต่ำ (น้อย)
ความยาวคลื่นมีหน่วยวัดทั่วไป คือ ไมโครมิเตอร์ หรือไมครอน [Micrometer
(µm), Micron = (mµ) =0.000001 เมตร =
10-6], นาโนมิเตอร์ [Nanometers (nm) = 10-9
เมตร]
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแบ่งได้ตาม
ความยาวช่วงคลื่น ที่เรียกว่า แบนด์ (Band)
ตั้งแต่ช่วงคลื่นสั้นที่สุดในแถบรังสีแกมม่า (Gamma Ray)
ซึ่งมีความยาวคลื่นน้อยกว่า 10-6 เมตร
จนถึงความยาวคลื่นที่ยาวที่สุดในช่วงคลื่นวิทยุ (Radio Wave)
มีความยาวตั้งแต่ 10-1 เมตร ขึ้นไป
ดังนั้นความยาวช่วงคลื่นจึงแสดงในมาตราส่วนของล็อกการิทึม
ความยาวช่วงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ประกอบด้วยช่วงคลื่นตามลำดับ คือ
รังสีแกมม่า, เอ็กซเรย์, อัลตราไวโอเลต, แสงตาตามองเห็น (Visible
Light), อินฟราเรด, ไมโครเวฟ
และวิทยุ
ช่วงคลื่นแสงที่ใช้ประโยชน์ในการสำรวจข้อมูลจากระยะไกล แบ่งได้ 2 กลุ่ม
1. ช่วงคลื่นเชิงแสง (Optical Wavelength) เป็นช่วงคลื่นที่อยู่ระหว่าง 0.4 - 14 ไมครอน ซึ่งสามารถถ่ายและบันทึกภาพด้วยฟิล์มถ่ายรูปและอุปกรณ์บันทึกภาพ (Scanner) ประกอบดัวย
ช่วงคลื่นแสงที่ใช้ประโยชน์ในการสำรวจข้อมูลจากระยะไกล แบ่งได้ 2 กลุ่ม
1. ช่วงคลื่นเชิงแสง (Optical Wavelength) เป็นช่วงคลื่นที่อยู่ระหว่าง 0.4 - 14 ไมครอน ซึ่งสามารถถ่ายและบันทึกภาพด้วยฟิล์มถ่ายรูปและอุปกรณ์บันทึกภาพ (Scanner) ประกอบดัวย
- ช่วงคลื่นแสงตามองเห็น ซึ่งเป็นช่วงคลื่นแคบ ที่มีผลตอบสนองต่อตามนุษย์ตั้งแต่ 0.4 - 0.7 ไมครอน แบ่งได้ 3 ช่วง คือ สีน้ำเงิน เขียว และสีแดง
- ช่วงคลื่นอินฟราเรด ที่แบ่งเป็น 2 ช่วงความกว้าง ๆ คือ อินฟราเรดใกล้หรืออินฟราเรดสะท้อนแสงระหว่าง 0.7 - 3 mm. และช่วงคลื่นอินฟราเรดความร้อน ระหว่าง 3 - 15 ไมครอน
- X แบนด์ ความถี่ 8 - 12.5 GHz หรือความยาวคลื่นประมาณ 2.4 -3.75 เซนติเมตร
- C แบนด์ ความถี่ 4 - 8 GHz หรือความยาวคลื่นประมาณ 3.75 - 7.5 เซนติเมตร
- S แบนด์ ความถี่ 2 - 4 GHz หรือความยาวคลื่นประมาณ 7.5 - 15 เซนติเมตร
- L แบนด์ ความถี่ 1 - 2 GHz หรือความยาวคลื่นประมาณ 15 - 30 เซนติเมตร
- P แบนด์ ความถี่ 0.3 - 1 GHz หรือความยาวคลื่นประมาณ 30 - 100 เซนติเมตร
สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
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)
• เป็นการผสมสัญญานเสียงเข้ากับคลื่นพาหะโดยที่สัญญาณเสียงจะไปบังคับให้แอมปลิจูดของคลื่นพาหะเปลี่ยนแปลง
• ความถี่ 530-1600 กิโลเฮิร์ตซ์
• สะท้อนกับบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ได้ดี
1.2 ระบบเอฟเอ็ม (F.M. = frequency modulation)
ระบบเอฟเอ็ม มีช่วงความถี่ 88 – 108 MHz (เมกะเฮิรตซ์) สื่อสารโดยใช้คลื่นเสียงผสมเข้ากับคลื่นพาหะ โดยความถี่ของคลื่นพาหะจะเปลี่ยนแปลงตามสัญญาณคลื่นเสียงในการส่งคลื่นระบบ F.M. ส่งคลื่นได้เฉพาะคลื่นดินอย่างเดียว ถ้าต้องการส่งให้คลุมพื้นที่ต้องมีสถานีถ่ายทอดและเครื่องรับต้องตั้งเสา อากาศสูง ๆ รับ
สรุป F.M. (Frequency Moduration)
• เป็นการผสมสัญญานเสียงเข้ากับคลื่นพาหะโดยที่สัญญานเสียงจะไปบังคับให้ความถี่ของคลื่นพาหะเปลี่ยนแปลง
• ความถี่ 88-108 เมกะเฮิร์ตซ์
2. คลื่นโทรทัศน์และไมโครเวฟคลื่นโทรทัศน์และไมโครเวฟมีความถี่ช่วง 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, ใช้เป็นรีโมทคอนโทรลของเครื่องวิทยุและโทรทัศน์ และใช้ควบคุมจรวดนำวิถี
• ใช้เป็นพาหะนำสัญญาณในเส้นใยนำแสง (optical fiber)
4. แสง (light)
สี ความยาวคลื่น (nm)ม่วง 380-450น้ำเงิน 450-500เขียว 500-570เหลือง 570-590แสด 590-610แดง 610-760แสงมีช่วงความถี่ 1014Hz หรือความยาวคลื่น 4×10-7 – 7×10-7 เมตร เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ประสาทตาของมนุษย์รับได้ สเปคตรัมของแสงสามารถแยกได้ดังนี้สรุป • ความถี่ประมาณ 1014 เฮิรตซ์ ความยาวคลื่นประมาณ 10-7• ตรวจรับโดยใช้จักษุสัมผัส• มักเกิดจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูง , และถ้าวัตถุยิ่งมีอุณหภูมิสูงจะยิ่งมีพลังงานแสงยิ่งมาก• อาจเกิดจากวัตถุที่มีอุณหภูมิไม่สูงก็ได้ เช่น แสงจากหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์, หิ่งห้อย, เห็ดเรืองแสง• เลเซอร์ เป็นแหล่งกำเนิดแสงอาพันธ์ที่ให้แสงโดยไม่อาศัยความร้อน มีความถี่และเฟสคงที่(ถ้าเป็นแสงที่เกิดจากความร้อนจะมีหลายความถี่และเฟสไม่คงที่) จนสามารถใช้เลเซอร์ในการสื่อสารได้,ถ้าใช้เลนส์รวมแสงให้ความเข้มข้นสูงๆ จะใช้เลเซอร์ในการผ่าตัดได้• บริเวณที่แสงเลเซอร์ตก จะเกิดความร้อน5. รังสีอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet rays)
รังสีอัลตราไวโอเลต หรือ รังสีเหนือม่วง มีความถี่ช่วง 1015 – 1018 Hz เป็นรังสีตามธรรมชาติส่วนใหญ่มาจากการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ ซึ่งทำให้เกิดประจุอิสระและไอออนในบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ รังสีอัลตราไวโอเลต สามารถทำให้เชื้อโรคบางชนิดตายได้ แต่มีอันตรายต่อผิวหนังและตาคนสรุป• มีความถี่ประมาณ 1015- 1018 เฮิรตซ์• รังสีนี้ในธรรมชาติ ส่วนใหญ่มาจากดวงอาทิตย์
• เป็นรังสีที่ทำให้เกิดประจุอิสระและไอออนในบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์
• เป็นอันตรายต่อเซลผิวหนัง, ตา และใช้ฆ่าเชื้อโรคได้
• สามารถสร้างขึ้นได้โดยผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในหลอดที่บรรจุไอปรอท
• ผ่านแก้วได้บ้างเล็กน้อยแต่ผ่านควอตซ์ได้ดี
• การเชื่อมโลหะด้วยไฟฟ้าจะทำให้เกิดรังสีนี้ได้ที่มาhttp://www.youtube.com/watch?v=oz9wfuYH91A6. รังสีเอกซ์ (X-rays)
รังสีเอกซ์ มีความถี่ช่วง 1016 – 1022 Hz มีความยาวคลื่นระหว่าง 10-8 – 10-13 เมตร ซึ่งสามารถทะลุสิ่งกีดขวางหนา ๆ ได้ หลักการสร้างรังสีเอกซ์คือ การเปลี่ยนความเร็วของอิเล็กตรอน มีประโยชน์ทางการแพทย์ในการตรวจดูความผิดปกติของอวัยวะภายในร่างกาย ในวงการอุตสาหกรรมใช้ในการตรวจหารอยร้าวภายในชิ้นส่วนโลหะขนาดใหญ่ ใช้ตรวจหาอาวุธปืนหรือระเบิดในกระเป๋าเดินทาง และศึกษาการจัดเรียงตัวของอะตอมในผลึกสรุป• ความถี่ประมาณ 1016 – 1022
• ทะลุผ่านสิ่งกีดขวางหนาๆ ได้ แต่ถูกกั้นได้ด้วยอะตอมของธาตุหนัก จึงใช้ตรวจสอบรอยร้าวในชิ้นโลหะขนาดใหญ่,ใช้ตรวจหาอาวุธปืนในกระเป๋าเดินทาง• ความยาวคลื่นประมาณ 10 -10 เมตร ซึ่งใกล้เคียงกับขนาดอะตอมและช่องว่างระหว่างอะตอมของผลึกจึงใช้วิเคราะห์โครงสร้างผลึกได้7. รังสีแกมมา (X -rays)
รังสีแกมมามีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้ามีความถี่สูงกว่ารังสีเอกซ์ เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์และสามารถกระตุ้น ปฏิกิริยานิวเคลียร์ได้ มีอำนาจทะลุทะลวงสูงไม่ต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่สรุป• ใช้เรียกชื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงกว่ารังสีเอกซ์• รังสีแกมม่าที่พบในธรรมชาติ เช่น รังสีแกมม่าที่เกิดจากการแผ่สลายของสารกัมมันตรังสี, รังสีคอสมิคที่มาจากอวกาศก็มีรังสีแกมม่าได้
• รังสีแกมม่าอาจทำให้เกิดขึ้นได้ เช่นการแผ่รังสีของอนุภาคไฟฟ้าในเครื่องเร่งอนุภาคที่มาhttp://www.youtube.com/watch?v=Y-70vwwabKkโพลาไรเซชันของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งมีเวกเตอร์สนามไฟฟ้า สั่นอยู่ในทิศทางเดียว ทิศของสนามไฟฟ้านี้เรียกว่าเป็นทิศ โพลาไรเซชันของคลื่น กรณีที่คลื่นมีสนามไฟฟ้าสั่นอยู่ในหลายทิศทางจะเป็นคลื่นแบบไม่โพลาไรซ์
การสั่นของเวกเตอร์สนามไฟฟ้า (a) หลายทิศทาง (b) ทิศทางเดียวหรือเชิงระนาบ
เมื่อแสงไม่โพลาไรซ์ผ่านแผ่นโพลารอยด์ที่มีโมเลกุลของพอลิไวนิลแอลกอฮอล์ฝัง อยู่ในเนื้อพลาสติก สนามไฟฟ้าที่มีทิศตั้งฉากกับแนวการเรียงตัวของโมเลกุล จะผ่านแผ่นโพลารอยด์ออกไปได้ ส่วนสนามไฟฟ้าที่มีทิศขนานกับ แนวการเรียงตัวของโมเลกุล จะถูกโมเลกุลดูดกลืน ต่อไปจะเรียกแนวที่ตั้งฉากกับแนวการเรียงตัวของโมเลกุลนี้ว่า ทิศของโพลาไรซ์ ดังนั้นสรุปได้ว่า
1. แสงที่สนามไฟฟ้ามีทิศขนานกับทิศของโพลาไรซ์ สามารถผ่านแผ่นโพลารอยด์ได้
2. แสงที่สนามไฟฟ้ามีทิศตั้งฉากกับทิศของโพลาไรซ์ จะถูกแผ่นโพลารอยด์ดูดกลืน
สนามไฟฟ้าที่มีทิศขนานกับทิศของโพลาไรซ์ จะผ่านแผ่นโพลารอยด์ออกมาดังนั้นแสงที่ผ่านแผ่นโพลารอยด์ออกมาเป็นแสงโพลาไรซ์ในแนวดิ่ง
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
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น