คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

คลื่นเเม่เหล็กไฟฟ้า

1. ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ (Maxwell)

 

          แมกซ์เวลล์ (Maxwell) เป็นผู้ให้ทฤษฎีเกี่ยวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยทำนายได้ก่อนที่จะมีการทดลองสนับสนุน โดยกล่าวว่า "ถ้าสนามแม่เหล็กมีการเปลี่ยนแปลงจะเหนื่ยวนำให้เกิดสนามไฟฟ้าและถ้าสนามไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงจะเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็ก"นั้นคือเมื่อประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ด้วยความเร่งหรือความหน่วงจะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ โดยการเคลื่อนที่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านั้นเกิดจากการเหนี่ยวนำระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในสามมิติและเมื่อพิจารณาการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าจะพบว่ามี การเปลี่ยนแปลงพร้อมกันกล่าวคือสนามทั้งสองจะมีค่าสูงสุดพร้อมกันและต่ำสุดพร้อมกันนั่นคือทั้งสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กมีเฟสตรงกันโดยทิศของสนามไฟฟ้าจะตั้งฉากกับทิศของสนามแม่เหล็กและสนามทั้งสองมีทิศตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของคลื่น

           คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความถี่ต่อเนื่องกันเป็นช่วงกว้างเราเรียกช่วงความถี่เหล่านี้ว่า "สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า" และมีชื่อเรียกช่วงต่าง ๆ ของความถี่ต่างกันตามแหล่งกำเนิดและวิธีการตรวจวัดคลื่น  เคลื่อนที่ไปด้วยความเร็วเท่ากับแสงและมีพลังงานส่งผ่านไปพร้อมกับคลื่น

            สมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามทฤษฎีของแมกซ์เวลล์

      1. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิดต้องมีความเร็วเท่าแสง

       2. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกตัวมีพลังงาน

      3. ถ้าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกดูดกลื่นจะทำให้วัตถุที่รับคลื่นนั้นร้อนขึ้น

      4. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดใดก็ตาม เมื่อเกิดขึ้นแล้วต้องมีวิธีการที่จะส่งพลังงานต่อไป 

2. การแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากสายอากาศ

          ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์และการทดลองเฮิรตซ์ทำให้ทราบว่าธรรมชาติมีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจริงและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าที่ถูกเร่ง เช่นอาจเกิดจากการเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่ายของประจุไฟฟ้าในสายอากาศที่ต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับแทนการปิดเปิดสวิตช์ไฟฟ้ากระแสตรงจากแบตเตอรี่

        เมื่อต่อแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเข้ากับสายอากาศที่อยู่ในแนวดิ่งประจุไฟฟ้าในสายอากาศจะเคลื่อนที่กลับไปมาด้วยความเร่งในแนวดิ่งเพราะประจุไฟฟ้าที่มีความเร่งจะแผ่รังสีจึงทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากระจายออกมาจากสายอากาศทุกทิศทางยกเว้นทิศที่อยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกับสายอากาศ

3. สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

            สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า หมายถึง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความต่อเนื่องกันตั้งแต่ความถี่ต่าสุด ถึง ความถี่สูงสุด จะพบว่าสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีชื่อเรียกต่างๆกันตามแหล่งกาเนิดและวิธีการตรวจวัด แต่มีคุณสมบัติที่เหมือนกัน คือ

1. คุณสมบัติการสะท้อน, การหักเห, การแทรกสอด,การเลี้ยวเบน และมีสมบัติเป็นโพราไรเซชัน

2. มีความเร็วเท่ากับความเร็วแสง คือ 3 x 108 m/s

3. มีพลังงานส่งผ่านไปพร้อมๆกับคลื่น ซึ่งพลังงานนี้จะขึ้นอยู่กับความถี่ และความยาว คลื่นโดยพิจารณาในรูปพลังงานโฟตอน   สนามแม่เหล็ก    สนามไฟฟ้า    ทิศการเคลื่อนที่

 

1. คลื่นวิทยุ ( Radio wave ) เป็นคลื่นที่มีความถี่อยู่ในช่วง 104 – 109 เฮิตรซ์ ความยาวคลื่นประมาณ 10-1 - 103 เมตร สามารถแบ่งลักษณะของการใช้งานซึ่งแบ่งออกเป็น 2 ระบบ คือ

           1.1 ระบบ AM ( Amplitude Modulation )

            คลื่นพาหะความถี่สูง สัญญาณเสียง คลื่น AM  ส่งคลื่นโดยการเปลี่ยนแปลงแอมปลิจูด ของคลื่นพาหะตามสัญญาณของคลื่นที่ส่งออกไปดังรูป มีความถี่อยู่ในช่วง 530 - 1600 กิโลเฮิตรซ์ และกาหนดช่วงความกว้างของความถี่เพื่อป้องกันการรบกวนของสถานีใกล้เคียงไว้เป็น 10 กิโลเฮิตรซ์

          1.2 ระบบ FM ( Frequency Modulation )

               คลื่นพาหะความถี่สูง สัญญาณเสียง คลื่น FM

               คลื่น FM หมายถึง คลื่นที่ส่งโดยเปลี่ยนความถี่ของคลื่นพาหะตามสัญญาณของคลื่นที่ต้องการส่งออกไปมีความถี่อยู่ในช่วง 88 – 108 MHZ และกาหนดช่องกว้างของแถบความถี่ไว้ 150 KHZ

การส่งคลื่นวิทยุ

                สำหรับคลื่นวิทยุ AM จะสะท้อนที่ชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ซึ่งเป็นชั้นที่มีประจุไฟฟ้าอิสระอยู่จานวนมาก ดังนั้นคลื่นวิทยุ AM จึงดินทางได้ 2 ทาง คือ

1. คลื่นดิน เคลื่อนที่ไปตามแนวรอบโดยตรงมีรัศมี 80 กิโลเมตร

2. คลื่นฟ้า เป็นคลื่นที่สะท้อนยังชั้นไอโอโนสเฟียร์ ดังนั้นจึงเดินทางไปได้ไกลและสามารถอ้อมสิ่งกีดขวางขนาดใหญ่ เช่น ภูเขา หรือตึกได้ แต่จะถูกรบกวนง่ายจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแหล่งอื่น

                สำหรับคลื่นวิทยุ FM มีความถี่สูงกว่าและจะทะลุทะลวงผ่านชั้นไอโอโนสเฟียร์จึงไม่สามรถใช้คลื่นฟ้าได้ คลื่นวิทยุ FM จึงเดินทางได้ระยะใกล้แต่จะถูกรบกวนได้ยากเนื่องจากคลื่นมีความถี่สูง ในการทาเสาอากาศสาหรับส่งคลื่น FM ถ้าจะทาให้คลื่นที่ส่งออกไปไม่ถูกรบกวนได้ง่าย ความสูงของเสาอากาศจะต้องมีค่าเป็นครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น

2. คลื่นโทรทัศน์ และ ไมโครเวฟ

               คลื่นโทรทัศน์และคลื่นไมโครเวฟมีความถี่อยู่ในช่วง 108 – 1012 HZ คลื่นนี้จะไม่สะท้อนที่ชั้นไอโอโนสเฟียร์และจะทะลุผ่านชั้นบรรยากาศ ในการส่งคลื่นโทรทัศน์ไปเป็นระยะทางไกลๆจะต้องใช้สถานีถ่ายทอดไปเป็นระยะๆ เพื่อรับคลื่นโทรทัศน์ที่เคลื่อนที่จากสถานีส่งมาในแนวเส้นตรงแล้วขยายให้สัญญาณแรงขึ้นก่อนที่จะส่งไปยังสถานีที่อยู่ถัดไป เพราะสัญญาณเดินทางเป็นเส้นตรง และสัญญาณจะไปได้ไกลสุดประมาณ 80 กิโลเมตร เท่านั้น
               คลื่นโทรทัศน์มีความยาวคลื่นสั้นจึงไม่สามารถเลี้ยวเบนอ้อมผ่านสิ่งกีดขวางใหญ่ๆได้ เมื่อคลื่นโทรทัศน์ถูกรบกวน ทั้งนี้เนื่องจากคลื่นสะท้อนจากรถยนต์หรือเครื่องบินเกิดการแทรกสอดกับคลื่นที่ส่งมาจากสถานีแล้วเข้าเครื่องรับพร้อมกัน
               เนื่องจากไมโครเวฟสะท้อนจากผิวโลหะได้ดีจึงมีการนาสมบัตินี้ไปใช้เป็นประโยชน์ในการตรวจหาตาแหน่งของยานอวกาศ ซึ่งอุปกรณ์ดังกล่าวเรียกว่า เรดาร์

3. รังสีอินฟราเรด

         คุณสมบัติ

- คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ 1011 - 1014 เฮริตซ์ หรือความยาวคลื่นตั้งแต่ประมาณ 10-3 – 10-6 เมตร เรียกว่า รังสีใต้แดง

- วัตถุร้อนจะแผ่รังสีอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่า 10-4 เมตรออกมา

- ประสาทสัมผัสทางผิวหนังของมนุษย์สามารถรับรังสีอินฟราเรดได้

- ฟิล์มถ่ายรูปบางชนิดสามารถถ่ายรูปได้โดยอาศัยรังสีอินฟราเรด

- สิ่งมีชีวิตจะแผ่รังสีอินฟราเรดออกมาตลอกเวลา

- รังสีอินฟราเรดเป็นตัวนาคาสั่งจากอุปกรณ์ควบคุมไปยังเครื่องรับ ที่เรียกว่า รีโมทคอนโทรล หรือการควบคุมระยะไกล สำหรับควบคุมการทางานของเครื่องรับโทรทัศน์ เช่น การปิด – เปิด การเปลี่ยนสถานี

        ประโยชน์

- ใช้ในทางการทหารนำไปใช้เกี่ยวกับการคบวคุมให้อาวุธนาวิถีเคลื่อนที่ไปยังเป้าได้อย่างถูกต้อง
- ใช้ในวงการแพทย์ เช่น การฆ่าเชื้อโรค กายภาพบำบัด การตรวจวินิจฉัยโรค
- ใช้ในวงการอุตสาหกรรม เช่น การผลิตรถยนต์ การอบสีรถ
-แหล่งกำเนิดของรังสีอินฟราเรด ได้จากแหล่งกำเนิดความร้อนทุกชนิด

4. คลื่นแสง

            คลื่นแสงมีความถี่ประมาณ 104 HZ ความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 4 x 10-7 – 7 x 10-7 m และคลื่นแสงเป็นคลื่นที่ตามองเห็น วัตถุที่มีอุณหภูมิสูงมากๆจะเปล่งแสงได้ เช่น ไส้หลอดไฟฟ้า ดวงอาทิตย์

         เครื่องกำเนิดเลเซอร์เป็นแหล่งกำเนิดแสงอาพันธ์ที่ให้แสงได้ โดยไม่อาศัยความร้อน เช่น วงการแพทย์ใช้เลเซอร์ในการผ่าตัดนัยน์ตา

5. รังสีอัลตราไวโอเลต

- ความถี่อยู่ในช่วง 1015 - 1018 HZ ความยาวคลื่น 3.8 x 10-7 – 10-11 m

- รังสีนี้เป็นตัวการที่ทาให้เกิดประจุอิสระ และไอออนในบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์

- ทำให้สารเรืองแสงเกิดการเรืองแสง

- สามารถทะลุผ่านวัตถุบางๆบางชนิดได้ เช่น เสื้อผ้า แผ่นพลาสติก

- ทำลายเซลล์เล็กๆบางอย่างได้

ประโยชน์ของรังสีอัลตราไวโอเลต

- ใช้ในการพิสูจน์เอกสาร ตรวจสอบลายเซ็น

- ช่วยร่างกายสังเคราะห์วิตามินดี

- ใช้ตรวจสอบคุณภาพอาหารว่าเสียหรือไม่

- ใช้ตรวจสอบสารเคมี

โทษจากรังสีอัลตราไวโอเลต

- เป็นอันตรายต่อผิวหนังและตาคน เมื่อรับมามากๆอาจเป็นมะเร็งผิวหนังได้

- รังสีอัลตราไวโอเลตที่มาจากดวงอาทิตย์จะถูกสกัดกั้นให้เป็นส่วนใหญ่จากบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์ ซึ่งมีก๊าซโอโซนเป็นองค์ประกอบอยู่ แต่ปัจจุบันโอโซนในบรรยากาศมีจานวนลดลงมากจึงทาให้รังสีอัลตราไวโอเลตแผ่ลงมายังผิวโลก

6. รังสีเอกซ์

- มีความถี่อยู่ในช่วง 1016 – 1022 HZ ความยาวคลื่นอยู่ระหว่าง 10-8 – 10-13 m

- แหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ คือ ดวงอาทิตย์ หลอดรังสีเอกซ์ เครื่องรับโทรทัศน์

      คุณสมบัติของรังสีเอกซ์

- มีอำนาจในการทะลุทะลวงสูง


- ไม่เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก

- ทำให้ก๊าซหรืออากาศรอบๆแตกตัวเป็นไอออนได้

- ทำปฏิกิริยากับแผ่นฟิล์มถ่ายรูปเหมือนกับแสง

       ประโยชน์ของรังสีเอกซ์

- ใช้ในวงการแพทย์ ตรวจวินิจฉัยโรค ตลอดจนการรักษาโรคมะเร็ง

- ใช้ในวงการอุตสาหกรรม และการก่อสร้างเพื่อตรวจสอบรูรั่วหรือรอยร้าวต่างๆ

- ใช้ตรวจสอบสิ่งแปลกปลอม อาวุธในกระเป๋าหรือหีบห่อต่างๆ

- ใช้ตรวจสอบวัตถุโบราณว่ามีอายุยาวนานเท่าไร

      โทษของรังสีเอกซ์

- เมื่อร่างกายรับเข้าไปมากจะทำให้เซลล์ตาย หรือเสื่อมคุณภาพ

- อาจทำให้เกิดโรคมะเร็งได้

- อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในยีนมีผลต่อกรรมพันธ์

7. รังสีแกมมา

- มีความถี่อยู่ในช่วง 3 x 1018 – 1022 HZ ความยาวคลื่น 10-10 – 10-14 m

       แหล่งกำเนิดของรังสีแกมมา

- เกิดจากการสลายตัวของนิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสี

- รังสีคอสมิกที่มาจากนอกโลกจะมีรังสีแกมมาอยู่ด้วย

         คุณสมบัติของรังสีแกมมา

- ไม่เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก

- ทาให้สารเรืองแสงเกิดการเรืองแสง

- ทาปฏิกิริยากับฟิล์มถ่ายรูปและฟิล์มที่ไม่ไวต่อแสง

          ประโยชน์ของรังสีแกมมา

- ใช้ในวงการแพทย์รักษาโรคมะเร็ง

- ใช้ในวงการเกษตรศึกษาโรคพืชต่างๆ การดูดซึมแร่ธาตุต่างๆของรากพืช

       โทษของรังสีแกมมา

เซลล์ร่างกาย เนื้อเยื่อต่าง อาจทำให้เกิดมะเร็งได้

 4. โพลาไรเซซันของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
            สายอากาศโทรทัศน์ที่อยู่ในแนวดิ่ง เมื่อส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกไปสนามไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลงทิศกลับไปมาในแนวดิ่งเสมอจึงกล่าวว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านี้เป็นคลื่นโพลาไรส์ (polarized wave)  ในแนวดิ่ง สำหรับสายอากาศที่อยู่ในแนวระดับเมื่อส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกไป สนามไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลงทิศกลับไปกลับมาในแนวระดับคือเป็นคลื่นโพลาไรส์ในแนวระดับ

โพลาไรเซชันของแสง

              เราทราบแล้วว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ส่งออกมาจากสายอากาศโทรทัศน์เป็นคลื่นโพลาไรส์เพราะสนามไฟฟ้าเปลี่ยนทิศกลับไปมาในแนวเดียวกันเสมอแสงก็เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้นแสงมีโพลาไรเซชันหรือไม่

              แหล่งกำเนิดคลื่นแสงโดยทั่วไปเช่น ดวงอาทิตย์ หลอดไฟ จะปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (คลื่นแสง) ซึ่งสนามไฟฟ้ามีทิศตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นเสมอไม่ว่าคลื่นจะอยู่ ณ ตำแหน่งใดแต่สนามไฟฟ้าของแสงที่ส่งออกมาจากดวงอาทิตย์มีทิศต่างๆกันมากมาย ดังรูป ดังนั้นแสงจากแหล่งกำเนิดแสงจึงเป็นแสงไม่มีโพลาไรส์

 ก.  ทิศของสนามไฟฟ้าของคลื่นแสงจากแหล่งกำเนิดแสงปรากฏทิศทางต่างๆกัน

ข.การรวมสนามไฟฟ้าให้อยู่ในแกน y และแกน z

รูป  แสงไม่โพลาไรส์

         ตามหลักการรวมเวกเตอร์สามารถรวมเวกเตอร์ ในรูป  ก ให้อยู่ในแกน y และ z ดังนั้นเมื่อแสงเคลื่อนที่ผ่านตำแหน่งใดๆ สนามไฟฟ้าลัพธ์ของ บนแกน y จะเปลี่ยนแปลงกลับไปมาในแนวขนานกับแกน y และสนามไฟฟ้าลัพธ์ของ  บนแกน z จะเปลี่ยนแปลงกลับไปมาในแนวขนานกับแกน z ดังนั้นเราสามารถแทนแสงไม่โพลาไรส์ด้วยลูกศรสองอันในแต่ละแกนดังรูป  ข จะเห็นว่าแสงไม่โพลาไรส์สามารถแยกให้เป็นแสงโพลาไรส์ในสองทิศทางได้ โดยเป็นแสงที่โพลาไรส์ซึ่งมีระนาบการเปลี่ยนแปลงกลับไปมาในแนว y และเป็นแสงโพลาไรส์ซึ่งมีระนาบการเปลี่ยนแปลงกลับไปกลับมาในแนวแกน z และโดยเฉลี่ยแล้วแอมพลิจูดของในแนวทั้งสองจะเท่ากัน อย่างไรก็ตาม แสงในรูป  ข เป็นแสงไม่โพลาไรส์ 
           แสงไม่โพลาไรส์สามารถทำให้เป็นแสงโพลาไรส์ได้หรือไม่ ให้ศึกษาจากกิจกรรม  แผ่นโพลารอยด์เป็นแผ่นพลาสติกที่มีโมเลกุลของพอลิไวนิลแอลกอฮอล์ (polyvinyl alcohol) ฝังอยู่ในเนื้อพลาสติก และแผ่นพลาสติกถูกยึดให้โมเลกุลยาวเรียงตัวในแนวขนานกัน เมื่อแสงผ่านแผ่นโพลารอยด์ สนามไฟฟ้าที่มีทิศตั้งฉากกับแนวการเรียงตัวของโมเลกุล จะผ่านแผ่นโพลารอยด์ออกไปได้ ส่วนสนามไฟฟ้าที่มีทิศขนานกับแนวการเรียงตัวของโมเลกุล จะถูกโมเลกุลกลืน ต่อไปจะเรียกแนวที่ตั้งฉากกับแนวการเรียงตัวของโมเลกุลนี้ว่า <b>ทิศของโพลาไรส์</b>  ดังนั้นสรุปได้ว่า    

1. แสงที่สนามไฟฟ้ามีทิศขนานกับทิศของโพลาไรส์ สามารถผ่านแผ่นโพลารอยด์ได้

2. แสงที่สนามไฟฟ้ามีทิศตั้งฉากกับทิศของโพลาไรส์ จะถูกแผ่นโพลารอยด์ดูดกลืน

        เมื่อแสงไม่โพลาไรส์ผ่านแฟ่นโพลารอยด์ สนามไฟฟ้าของแสงไม่โพลาไรส์ที่มีทิศตั้งฉากกับทิศของโพลาไรส์จะถูกดูดกลืน ส่วนสนามไฟฟ้าที่มีทิศขนานกับทิศของโพลาไรส์ จะผ่านแผ่นโพลารอยด์ออกมาดังรูป ดังนั้นแสงที่ผ่านแผ่นโพลารอยด์ออกมาเป็นแสงโพลาไรส์ในแนวดิ่ง

 

 รูป   แสงไม่โพลาไรส์ผ่านแผ่นโพลารอยด์จะได้แสงโพลาไรส์

รูป  แสงไม่โพลาไรส์ไม่สามารถผ่านแผ่นโพลารอยด์สองแผ่นที่มีทิศของโพราไรส์ตั้งฉากกัน

            เมื่อให้แสงไม่โพลาไรส์ผ่านแผ่นโพลารอยด์สองแผ่นที่วางขนานกัน ขณะหมุนแผ่นโพลารอยด์แผ่นที่หนึ่ง ความสว่างของแสงที่ผ่านแผ่นโพลารอยด์แผ่นที่สองจะเปลี่ยนไป ความสว่างของแสงจะมากที่สุด เมื่อทิศของโพลาไรส์ของแผ่นโพลารอยด์ทั้งสองอยู่ขนานกันและความสว่างจะน้อยที่สุด เมื่อทิศของโพลาไรส์ของแผ่นโพลารอยด์ทั้งสองตั้งฉากกัน ดังรูป (ถ้าแผ่นโพลารอยด์มีคุณภาพดีมาก จะไม่มีแสงผ่านออกมาเลย)

        โพลาไรเซซันโดยการสะท้อน

           เมื่อแสงไม่โพลาไรส์ผ่านแผ่นโพลารอยด์จะออกมาเป็นแสงโพลาไรส์ซึ่งกล่าวได้ว่าเป็นการทำแสงโพลาไรส์โดยใช้วิธีดูดกลืนแสงยังมีวิธีอื่นอีกที่ให้แสงโพลาไรส์ คือ การสะท้อนแสงเมื่อให้แสงไม่โพลาไรส์ตกกระทบผิววัตถุ เช่น แก้ว น้ำ หรือกระเบื้องแสงสะท้อนจะเป็นแสงโพลาไรส์ เมื่อแสงทำมุมตกกระทบเป็นค่าเฉพาะค่าหนึ่ง

การสะท้อน (a) กรณีทั่วไป (b) กรณีที่สะท้อนเป็นแสงโพลาไรซ์

      เมื่อแสงที่ไม่โพลาไรซ์ตกกระทบผิวรอยต่อระหว่างตัวกลางที่มีดัชนีหักเห n1 และ  n2 ดังรูป  แสงที่สะท้อนจะเป็นแสงโพลาไรซ์ได้ เมื่อมุมระหว่างรังสีสะท้อนกับรังสีหักเหเป็นมุมฉาก  จากรูป

          qp + 900 + q2 = 180 0                                                          ( 1 )

          q2= 900 - qp                                                                         ( 2 )

 โดยที่ qp คือมุมโพลาไรซ์ (Polarizing Angle) เป็นมุมตกกระทบ ซึ่งเท่ากับมุมสะท้อนที่ทำให้เกิดการสะท้อน เป็นแสงโพลาไรซ์ทั้งหมด และ q2 คือมุมหักเห

        ใช้กฏของสเนลล์  

         n1sin qp      =   n2 sin q2                                                       ( 3 )

แทนค่า  n1= 1 (อากาศ) , n2 = n (วัสดุใด ๆ)   

        sin qp       =   n sin ( 900 - qp)  =   ncos qp                             ( 4 )

        n      =   tan qp                                                                         ( 5 )

 เรียกว่า Brewster's law สามารถใช้หาค่าดัชนีหักเหของวัสดุ โดยการวัดค่ามุมโพลาไรซ์ค่าเดียวเท่านั้น

          โพลาไรเซชันโดยการหักเห

         เมื่อแสงผ่านเข้าไปในแก้วแสงจะเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วเท่ากันทุกทิศทาง เพราะแก้วมีดรรชนีหักเหเพียงค่าเดียวแต่เมื่อแสงผ่านเข้าไปในผลึกแคลไซต์หรือควอตซ์ แสงจะมีอัตราเร็วไม่เท่ากันทุกทิศทางด้วยเหตุนี้แสงที่ผ่านแคลไซต์จึงหักเหออกเป็น 2 แนว (double diffraction หรือ birefringence) ดังรูป รังสีหักเหทั้งสองแนวเป็นแสงโพลาไรส์โดยมีสนามไฟฟ้าของรังสีหักเหแต่ละรังสีตั้งฉากกัน ซึ่งแสดงด้วยลูกศรและจุดรังสีที่แทนด้วยจุด เรียกว่า รังสีธรรมดา (ordinary ray) มีอัตราเร็วเท่ากันทุกทิศทาง รังสีที่แทนด้วยลูกศร เรียกว่า รังสีพิเศษ (extraordinary ray) มีอัตราเร็วในผลึกต่างกันในทิศที่ต่างกัน

             โพลาไรเซชันโดยการกระเจิงของแสง 

              เมื่อแสงอาทิตย์ผ่านเข้ามาในบรรยากาศของโลกแสงจะกระทบโมเลกุลของอากาศหรืออนุภาคในบรรยากาศอิเล็กตรอนในโมเลกุลจะดูดกลืนแสงที่ตกกระทบนั้นและจะปลดปล่อยแสงนั้นออกมาอีกครั้งหนึ่งในทุกทิศทาง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการกระเจิงของแสง ซึ่งได้ศึกษามาแล้วในบทเรียนเรื่องแสงโดยศึกษาผลของการกระเจิงที่ทำให้เห็นท้องฟ้าเป็นสีต่างๆ



 

ข้อสอบ  คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า     

   1. การแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า รังสีใดมีตวามยาวคลื่นสั้นที่สุด

               ก.         รังสีอัลตราไวโอเลต

               ข.         แสงที่ตามองเห็น

               ค.         ไมโครเวฟ

               ง.         รังสีแกมมา

   2. ข้อใดไม่ใช่สมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

               ก.         ทิศทางของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าจะตั้งฉากกันเสมอ

               ข.         สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าเกิดจากการเหนี่ยวนำซึ่งกันและกัน

               ค.         ผลิตขึ้นได้จากการที่ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง

               ง.         บางความยาวคลื่นต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่

   3. จงพิจารณา

               1. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดจากการเหนี่ยวนำต่อเนื่องกันระหว่างสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของสนามไฟฟ้า และสนามแม่เหล็กจากแหล่งกำเนิด

               2. การเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่อาศัยการสั่นของอนุภาคตัวกลาง จึงสามารถเคลื่อนที่ได้เร็วที่สุดในสุญญากาศ

               3. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงกว่าจะมีอำนาจทะลุทะลวงสูงกว่า และความเร็วกว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ต่ำ เมื่ออยู่ในตัวกลางเดียวกัน

    ข้อที่ถูกมีกี่ข้อ

   ก.                  1

   ข.                  2

   ค.                  3

   ง.                 ไม่มีข้อถูก

   
4. เมื่ออิเลคตรอนเคลื่อนที่แบบซิมเปิลฮาร์โมนิค ในสายอากาศที่ต่อเข้ากับเครื่องกำเนิดสัญญาณรูปไซน์แล้วทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า บริเวณใดที่มีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากระจายออกไปน้อยที่สด

               ก.         บริเวณปลายสายอากาศด้านบน

               ข.         บริเวณปลายสายอากาศด้านล่าง

               ค.         บริเวณปลายสายอากาศทั้งด้านบนและด้านล่าง

               ง.         บริเวณโดยรอบสายอากาศในระนาบตั้งฉากกับสายอากาศ

   5. ความรู้เรื่องใดไม่ใช่ความรู้พื้นฐานที่แมกซ์เวลล์นำมารวบรวมแล้วสรุปเป็นทฤษฏีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

               ก.         เมื่อสนามแม่เหล็กในบริเวณหนึ่งเปลี่ยนแปลงไป จะเหนี่ยวนำให้เกิดสนามไฟฟ้าในระนาบตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงนั้น

               ข.         เมื่อสนามไฟฟ้าในบริเวณหนึ่งเปลี่ยนแปลงไป จะเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็กในระนาบตั้งฉากกับสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงนั้น

               ค.         การเกิดสนามไฟฟ้าเหนี่ยวนำและสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำสามารถเกิดขึ้นได้ในที่ว่าง

               ง.         คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าที่มีความเร็วคงที่

   6. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คือคลื่นสนามแม่เหล็กและคลื่นสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลง คลื่นทั้งสองมีสิ่งที่เท่ากันคืออะไร

               ก.         ขนาด    ความถี่ เฟส

               ข.         ความถี่ คาบ      ความเร็ว            แอมปลิจูด

               ค.         ความถี่ เฟส      ความเร็ว

               ง.         ขนาด    เฟส      คาบ

    7. ข้อความใดกล่าวถูกต้อง ตามทฤษฏีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

               ก.         ขณะที่ประจุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง จะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าพลังงานสูงออกมา

               ข.         เมื่อสนามไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงจะเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็กโดยรอบ

               ค.         สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะมีเฟสต่างกัน 90⁰

               ง.         คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิดมีอัตราเร็วเท่ากันเสมอ

8. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดใดที่สะท้อนได้ดีที่บรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์

               ก.         คลื่นอินฟราเรด

               ข.         คลื่นเรดาร์

               ค.         คลื่นโทรทัศน์

               ง.         คลื่นวิทยุเอเอ็ม

 9. ข้อใดต่อไปนี้ไม่ถูกต้อง

               ก.         คลื่นวิทยุในระบบ เอฟเอ็ม ที่เรารับได้เป็นคลื่นดิน

               ข.         คลื่นโทรทัศน์สะท้อนได้ดีกับรถยนต์ หรือเครื่องบิน

               ค.         เราใช้รังสีอินฟราเรดเป็นตัวนำคำสั่งจากอุปกรณ์ควบคุมไปยังเครื่องรับ

               ง.         เลเซอร์เป็นแหล่งกำเนิดแสงอาพันธ์ที่ให้แสงโดยอาศัยความร้อน

   10. สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงใด มีความถี่ใกล้เคียงกับแสงมากที่สุด

               ก.         อินฟราเรดกับไมโครเวฟ

               ข.         อัลตราไวโอเลตกับอินฟราเรด

               ค.         คลื่นวิทยุกับรังสีเอกซ์

               ง.         ไมโครเวฟกับอัลตราไวโอเลต
    
            
 เฉลย คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า      

1. เฉลยข้อ ง

2. เฉลยข้อ ง

3. เฉลยข้อ ข

4. เฉลยข้อ ค

5. เฉลยข้อ ง

6. เฉลยข้อ ค

7. เฉลยข้อ ข

8. เฉลยข้อ ง

9. เฉลยข้อ ง

10. เฉลยข้อ ข

                                                                   กลุ่มของข้าพเจ้าต้องขอบคุณทุกๆเเหล่งที่มาของข้อมูล
                                                                                                       
                                                                                                      คณะผู้จัดทำ

                                                                                     1.นางสาวพัชรัชต์     ไสยสุวรรณ

                                                                                     2.นางสาวมาริษา        มาสังข์

                                                                                     3.นางสาวสุขุมาล       นกแก้ว

                                                                                     4.นางสาวอัญญมณี   คงอยู่

                                                                                              ชั้นมัธยมศึกษาปีที่  5/5