คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์และการทดลองของเฮิรตซ 
       แมกซ์เวลล์ได้รวบรวมกฎต่างๆที่เกี่ยวกับแม่เหล็กไฟฟ้า มาสรุปเป็นทฤษฎีโดยนำเสนอในรูปของสมการคณิตศาสตร์ ซึ่งแมกซ์เวลล์ใช้ทำนายว่าสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา ทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก และในขณะเดียวกันสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาก็ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าด้วย โดยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กต่างก็มีทิศตั้งฉากกัน แมกซ์เวลล์ยังทำนายอีกว่ามีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้น จากการเหนี่ยวนำอย่างต่อเนื่องระหว่างสนามแม่เหล็กและสนามแม่เหล็ก ทำให้สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่ออกจากแหล่งกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ไปในสุญญากาศด้วยอัตราเร็วเท่ากับอัตราเร็วของแสง แมกซ์เวลล์จึงเสนอความคิดว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ช่วงหนึ่ง คำทำนายนี้ได้รับการยืนยันว่าเป็นจริงโดยการทดลองของเฮิรตซ์

   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
         เมื่อเฮิรตซ์ใช้แผ่นโลหะแบนต่อเข้ากับปลายทั้งสองของขดลวดทุติยภูมิตรงช่องแคบ G และใช้เส้นลวดตัวนำงอเป็นรูปวงกลมโดยเหลือช่องแคบ D ไว้ แล้วนำมาใกล้ช่องแคบ G พอสมควร ดังรูป 18.3 จะสังเกตเห็นประกายไฟฟ้าที่ช่องแคบ D ทุกครั้งที่เกิดประกายไฟฟ้าที่ช่องแคบG
      การทดลองแต่ละคำอธิบายดังกล่าวจึงสนับสนุนทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ และนอกจากนี้เฮิรตซ์ยังได้ ทำการทดลอง จนได้ผลสรุปว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความเร็วเท่ากับความเร็วของแสง
                                                               รูป 18.4 เฮิรตซ์
       ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์และการทดลองเฮิรตซ์ทำให้ทราบว่า ธรรมชาติมีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจริง และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าที่ถูกเร่ง เช่น อาจเกิดจากการเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่ายของประจุไฟฟ้าในสายอากาศที่ต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับแทนการปิดเปิดสวิตช์ไฟฟ้ากระแสตรงจากแบตเตอรี่  เมื่อต่อแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเข้ากับสายอากาศที่อยู่ในแนวดิ่ง ประจุไฟฟ้าในสายอากาศจะเคลื่อนที่กลับไปมาด้วยความเร่งในแนวดิ่ง เพราะประจุไฟฟ้าที่มีความเร่งจะแผ่รังสี จึงทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากระจายออกมาจากสายอากาศทุกทิศทาง ยกเว้นทิศที่อยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกับสายอากาศ การเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในทิศตั้งฉากกับสายอากาศเป็นดังแผนภาพในรูป 18.5
รูป 18.5 แสดงสายอากาศซึ่งเป็นท่อนโลหะสองท่อน ต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับถ้าความต่างศักย์เปลี่ยนแปลงกับเวลาในรูปไซน์ จะทำให้ประจุไฟฟ้าในสายอากาศเคลื่อนที่กลับไปมาในท่อนโลหะทั้งสองและจะมีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากระจายออกมาโดยรอบ
       ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์และการทดลองเฮิรตซ์ทำให้ทราบว่า ธรรมชาติมีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจริง และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าที่ถูกเร่ง เช่น อาจเกิดจากการเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่ายของประจุไฟฟ้าในสายอากาศที่ ต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับแทนการปิดเปิดสวิตช์ไฟฟ้ากระแสตรงจากแบตเตอรี่ เมื่อต่อแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเข้ากับสายอากาศที่อยู่ในแนวดิ่ง ประจุไฟฟ้าในสายอากาศจะเคลื่อนที่กลับไปมาด้วยความเร่งในแนวดิ่ง เพราะประจุไฟฟ้าที่มีความเร่งจะแผ่รังสี จึงทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากระจายออกมาจากสายอากาศทุกทิศทาง ยกเว้นทิศที่อยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกับสายอากาศ การเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในทิศตั้งฉากกับสายอากาศเป็นดังแผนภาพในรูป 18.5
       รูป 18.5 แสดงสายอากาศซึ่งเป็นท่อนโลหะสองท่อน ต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับถ้าความต่างศักย์เปลี่ยนแปลงกับเวลาในรูป ไซน์ จะทำให้ประจุไฟฟ้าในสายอากาศเคลื่อนที่กลับไปมาในท่อนโลหะทั้งสองและจะมี คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากระจายออกมาโดยรอบ
 รูป 18.7 ผลคูณเชิงเวกเตอร์ของ \displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over E} และ \displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over B}
โพลาไรเซชันของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า


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

        เฮิรตซ์อธิบายการเกิดประกายไฟฟ้าที่ช่องแคบ D ดังนี้ ขณะที่เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าสูงช่วงสั้นๆ ในขดลวด B ความต่างศักย์ซึ่งมีความถี่สูงมากจะเกิดระหว่างแผ่นราบทั้งสองที่ต่อไว้ ความถี่นี้สามารถควบคุมได้ด้วยขนาดของแผ่นราบและช่องว่าง G ในการทดลองทั่วไป ความถี่จะมีค่าประมาณ 108 เฮิรตซ์  ความต่างศักย์แปรเปลี่ยนที่เกิดขึ้นช่วงเวลาหนึ่งและมีความถี่สูง จะทำให้เกิดสนามไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าสลับเคลื่อนที่ผ่านช่อง G เป็นประกายไฟฟ้าดังที่กล่าวแล้ว ประการไฟฟ้าที่เกิดขึ้นนั้น เกิดจากกระแสไฟฟ้ากระโดดข้ามช่องแคบกลับไปกลับมาหลายๆครั้ง เพราะสนามไฟฟ้าระหว่างช่อง G ที่เปลี่ยนแปลง เหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้านี้จึงทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแผ่ออกจากแหล่งกำเนิด โดยความถี่ของคลื่นมีค่าเท่ากับความถี่ของกระแสไฟฟ้าที่กระโดดข้ามช่องแคบไปมา เมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านลวดตัวนำวงกลมในรูป ซึ่งมีรัศมีและขนาดช่องแคบ D ที่เหมาะสม จะทำให้เกิดความต่างศักย์เปลี่ยนค่าที่มีความถี่สูงเท่ากับความถี่ของคลื่นที่ช่องแคบ D     นี้ จึงทำให้เกิดสนามไฟฟ้าความเข้มสูงมาก จนอากาศระหว่างช่องแคบแตกตัวเป็นไอออน ทำให้มีกระแสฟ้าผ่านช่องแคบนี้เป็นประกายไฟฟ้าดังที่เห็น



        
       Heinrich  Hertz (พ.ศ. 2400 - 2437) นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันเป็นผู้ค้นพบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งนำไปสู่การประดิษฐ์วิทยุโทรทัศน์และเรดาร์ นอกจากนี้เขายังแสดงให้เห็นว่า แสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าด้วย
      -จากการทดลองของเฮิรตซ์ ถ้าใช้ไฟฟ้ากระแสสลับแทนการปิดเปิดสวิตช์ไฟฟ้ากระแสตรงจากแบตเตอรี่ ผลที่เกิดขึ้นจะเป็นอย่างไร


การแผ่นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากสายอากาศ 

 การแผ่นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากสายอากาศ

รูป 18.5 แผนภาพการเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเนื่องจากประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่กลับไปมาในสายอากาศและสนามไฟฟ้า \displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over E}เคลื่อนที่จากสายอากาศด้วยความเร็วแสง(ไม่ได้แสดงสนาม \displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over B} ไว้ในรูป)

     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


รูป 18.6 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วย    \displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over E} และ \displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over B} ที่ตั้งฉากกัน


                  รูป 18.6 แสดงสนามแม่เหล็ก \displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over B} ที่เกิดจากการเหนี่ยวนำของสนามไฟฟ้า \displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over E} ที่เปลี่ยนแปลง สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กจะเคลื่อนที่ไปตามแกน x ด้วยความเร็ว  \displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over c}    เราอาจหาทิศของ \displaystyle <br /> \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over c}    โดยใช้ผลคูณเชิงเวกเตอร์ของ  \displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over E}  และ
\displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over B}  โดยใช้กฎมือขวา ถ้ากำนิ้วทั้งสี่ของมือขวาในทิศจาก \displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over E} ไป \displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over B} ผ่านมุม 90 องศา นิ้วหัวแม่มือจะชี้ทิศของ \displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over c}   ดังรูป 18.7
อาจสรุปสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ได้ดังนี้
      1.  สนามไฟฟ้า \displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over E}    และสนามแม่เหล็ก\displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over B} มีทิศตั้งฉากซึ่งกันและกันและตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเสมอ ดังนั้นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจึงเป็นคลื่นตามขวาง
      2. สนามไฟฟ้า    \displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over E} และสนามแม่เหล็ก \displaystyle \mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}}\over B} เป็นฟังก์ชันรูปไซน์ และสนามทั้งสองจะเปลี่ยนแปลงตามเวลา ด้วยความถี่เดียวกันและเฟสตรงกัน
นักวิทยาศาสตร์ได้ทดลองศึกษาสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและพบว่ามีสมบัติ เหมือนคลื่นทั่วไป ได้แก่ การสะท้อนการหักเห การแทรกสอด การเลี้ยวเบน และโพลาไรเซชัน

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดต่าง ๆในสเปกตรัมมีสมบัติที่สำคัญเหมือนกันคือ เคลื่อนที่ไปด้วยความเร็วเท่ากับแสงและมีพลังงานส่งผ่านไปพร้อมกับคลื่น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้นมีชื่อเรียก ดังนี้ 




                                       ที่มา http://youtu.be/cfXzwh3KadE


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)
ที่มารูปภาพ  http://www.myfirstbrain.com/thaidata/image.asp?ID=1757561

      ระบบเอฟเอ็ม มีช่วงความถี่ 88 - 108 MHz (เมกะเฮิรตซ์) สื่อสารโดยใช้คลื่นเสียงผสมเข้ากับคลื่นพาหะ โดยความถี่ของคลื่นพาหะจะเปลี่ยนแปลงตามสัญญาณคลื่นเสียงในการส่งคลื่นระบบ F.M. ส่งคลื่นได้เฉพาะคลื่นดินอย่างเดียว ถ้าต้องการส่งให้คลุมพื้นที่ต้องมีสถานีถ่ายทอดและเครื่องรับต้องตั้งเสา อากาศสูง ๆ รับ
ที่มารูปภาพ  http://www.myfirstbrain.com/thaidata/image.asp?ID=1757615
สรุป  F.M. (Frequency Moduration)
•    เป็นการผสมสัญญานเสียงเข้ากับคลื่นพาหะโดยที่สัญญานเสียงจะไปบังคับให้ความถี่ของคลื่นพาหะเปลี่ยนแปลง
•    ความถี่ 88-108 เมกะเฮิร์ตซ์
   
2. คลื่นโทรทัศน์และไมโครเวฟ
ที่มารูปภาพ  http://www.myfirstbrain.com/thaidata/image.asp?ID=1757618

      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, ใช้เป็นรีโมทคอนโทรลของเครื่องวิทยุและโทรทัศน์ และใช้ควบคุมจรวดนำวิถี
•    ใช้เป็นพาหะนำสัญญาณในเส้นใยนำแสง (optical fiber)


 ที่มา http://www.youtube.com/watch?v=MQb7mP-Y0cI

4. แสง (light)

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

     แสงมีช่วงความถี่ 1014Hz หรือความยาวคลื่น 4x10-7 - 7x10-7 เมตร เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ประสาทตาของมนุษย์รับได้ สเปคตรัมของแสงสามารถแยกได้ดังนี้ 
สรุป                                                                                                                         •    ความถี่ประมาณ 1014 เฮิรตซ์ ความยาวคลื่นประมาณ 10-7•    ตรวจรับโดยใช้จักษุสัมผัส
•    มักเกิดจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูง , และถ้าวัตถุยิ่งมีอุณหภูมิสูงจะยิ่งมีพลังงานแสงยิ่งมาก
•    อาจเกิดจากวัตถุที่มีอุณหภูมิไม่สูงก็ได้ เช่น แสงจากหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์, หิ่งห้อย, เห็ดเรืองแสง
•    เลเซอร์ เป็นแหล่งกำเนิดแสงอาพันธ์ที่ให้แสงโดยไม่อาศัยความร้อน มีความถี่และเฟสคงที่
(ถ้าเป็นแสงที่เกิดจากความร้อนจะมีหลายความถี่และเฟสไม่คงที่) จนสามารถใช้เลเซอร์ในการสื่อสารได้,
ถ้าใช้เลนส์รวมแสงให้ความเข้มข้นสูงๆ จะใช้เลเซอร์ในการผ่าตัดได้
•    บริเวณที่แสงเลเซอร์ตก จะเกิดความร้อน

ที่มา http://www.youtube.com/watch?v=xvZfx7iwq94

5. รังสีอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet rays) 
ที่มารูปภาพ http://ozone.tmd.go.th/uvbasic.files/image005.jpg

     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 


ที่มาhttp://www.youtube.com/watch?v=oz9wfuYH91A

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 จึงใช้ตรวจสอบรอยร้าวในชิ้นโลหะขนาดใหญ่,
ใช้ตรวจหาอาวุธปืนในกระเป๋าเดินทาง
•  ความยาวคลื่นประมาณ 10 -10 เมตร ซึ่งใกล้เคียงกับขนาดอะตอมและช่องว่างระหว่างอะตอมของผลึกจึงใช้วิเคราะห์โครงสร้างผลึกได้ 

 7. รังสีแกมมา (X -rays)

       รังสีแกมมามีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้ามีความถี่สูงกว่ารังสีเอกซ์ เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์และสามารถกระตุ้น ปฏิกิริยานิวเคลียร์ได้ มีอำนาจทะลุทะลวงสูงไม่ต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่

สรุป  

•    ใช้เรียกชื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงกว่ารังสีเอกซ์
•    รังสีแกมม่าที่พบในธรรมชาติ เช่น รังสีแกมม่าที่เกิดจากการแผ่สลายของสารกัมมันตรังสี, รังสีคอสมิคที่มาจากอวกาศก็มีรังสีแกมม่าได้
•    รังสีแกมม่าอาจทำให้เกิดขึ้นได้ เช่นการแผ่รังสีของอนุภาคไฟฟ้าในเครื่องเร่งอนุภาค

 ที่มาhttp://www.youtube.com/watch?v=Y-70vwwabKk


    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 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

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น

สมัครสมาชิก: บทความ (Atom)