รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

ไฟล์:Light dispersion conceptual บwaves.gif

แสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า แสงขาวประกอบไปด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ต่างๆ กันสามารถแยกออกได้ด้วยปริซึม

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Radiation (EM radiation หรือ EMR)) เป็นคลื่นชนิดหนึ่งที่ไม่ต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่ เช่น คลื่นวิทยุ (Radio waves) คลื่นไมโครเวฟ (Microwaves)

ปัจจุบันมีการใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในหลาย ๆ ด้าน เช่น 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 และทางการแพทย์และนักดาราศาสตร์ทำการศึกษาวัตถุท้องฟ้า โดยการศึกษาคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่วัตถุแผ่รังสีออกมา สเปคตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้เราทราบถึงคุณสมบัติทางกายภาพของดวงดาว อันได้แก่ อุณหภูมิ และพลังงาน

ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์

          คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้าตลอดเวลาเหนี่ยวนำ ทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก พอเกิดสนามแม่เหล็กจะเหนี่ยวนำ  ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าเกิดต่อเนื่องกันตลอดเวลาและสนามแม่เหล็กกับสนาม ไฟฟ้าตั้งฉากกันตลอดเวลาหาทิศของความเร็วโดยใช้กฎมือขวา  และเกิดคลื่นแม่เหล็กในทุกที่ไม่ว่าจะเป็นที่ว่าง  ตัวนำหรือฉนวน คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิดจะมีความเร็วเท่ากัน  คือเท่ากับ  3 x 10⁸ m/s  แต่ความถี่ไม่เท่ากัน

การแผ่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากสายอากาศ

         เมื่อประจุเคลื่อนที่ขึ้นลงด้วยความเร่งหรือความหน่วงจะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาทุกทิศทาง  ยกเว้นเหนือเสาอากาศที่จุด  A  และ  B 

สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า  คือ  แถบแสดงความถี่ หรือความยาวคลื่นต่าง ๆ ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเรียงตามลำดับความถี่  เรียงจากความถี่น้อยที่สุดถึงความถี่มากที่สุด  

ฟิสิกส์

ทฤษฎี

แสดงความสัมพันธ์ของความยาวคลื่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของความแตกต่างของสีของแสง (น้ำเงิน, เขียว, และ แดง) ด้วยสเกลระยะทางในหน่วยไมโครเมตรตามแนวแกน x

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

         ธรรมชาติของ “แสง” แสดงความประพฤติเป็นทั้ง “คลื่น” และ “อนุภาค” เมื่อเรากล่าวถึงแสงในคุณสมบัติความเป็นคลื่น เราเรียกว่า “คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า” (Electromagnetic waves) ซึ่งประกอบด้วยสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าทำมุมตั้งฉาก และเคลื่อนที่ไปในอวกาศด้วยความเร็ว 300,000,000 เมตร/วินาที เมื่อเรากล่าวถึงแสงในคุณสมบัติของอนุภาค 

เราเรียกว่า “โฟตอน” (Photon) เป็นอนุภาคที่ไม่มีมวล แต่เป็นพลังงาน

ภาพที่ 1 คุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ความยาวคลื่น (wavelength), ความถี่ (frequency) และความเร็วแสง (speed)

= c / f

ความยาวคลื่น = ความเร็วแสง / ความถี่ ความยาวคลื่น () = ระยะห่างระหว่างยอดคลื่น มีหน่วยเป็นเมตร (m) ความถี่ (f) = จำนวนคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านจุดที่กำหนด ในระยะเวลา 1 วินาที มีหน่วยเป็นเฮิรทซ์ (Hz) ความเร็วแสง (c) = 300,000,000 เมตร/วินาที (m/s)

ตัวอย่างที่ 1: คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากดวงอาทิตย์ มีความยาวคลื่น 500 นาโนเมตร (0.0000005 เมตร) จะมีความถี่เท่าไร (1 เมตร = 1,000,000,000 นาโนเมตร)

     = c / f
      f = c / 
        = [ 300,000,000 เมตร / วินาที ]
        = 6 x 10^14 เฮิรทซ์

สมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า 1. ไม่ต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่ 2. อัตราเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิดในสุญญากาศเท่ากับ 3x108m/s ซึ่งเท่ากับ อัตราเร็วของแสง 3. เป็นคลื่นตามขวาง 4. ถ่ายเทพลังงานจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่ง 5. ถูกปล่อยออกมาและถูกดูดกลืนได้โดยสสาร 6. ไม่มีประจุไฟฟ้า 7. คลื่นสามารถแทรกสอด สะท้อน หักเห และเลี้ยวเบนได้

ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์

สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง จะเหนี่ยวนำให้เกิดสนามไฟฟ้าขึ้นรอบ ๆ และสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงจะเหนี่ยวนำ ให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้นรอบ ๆ โดยการเหนี่ยวนำจะเกิดอย่างต่อเนื่อง เกิดเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแผ่ออก ไปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เรียงลำดับจากความถี่ต่ำสุดไปสูงสุด ได้ดังนี้ คลื่นวิทยุ,คลื่นโทรทัศน์และไมโครเวฟ,รังสีอินฟาเรด

คุณสมบัติ

1. คลื่นวิทยุ ใช้ในการสื่อสาร 1.1 ระบบ A.M ส่งสัญญาณได้ทั้งคลื่นดินและคลื่นฟ้า ( สะท้อนได้ดีท ี่บรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์) 1.2 ระบบ F.M ส่งสัญญาณได้เฉพาะคลื่นดิน 2. คลื่นโทรทัศน์และไมโครเวฟ สะท้อนจากผิวโลหะได้ดีในการส่งสัญญาณอาศัยสถานีถ่ายทอดหรือใช้ดาวเทียม และใช้ประโยชน์ในการตรวจหาตำแหน่งวัตถุที่เรียกว่า " เรดาร์" 3. รังสีอินฟาเรด มนุษย์รับรู้ในรูปความร้อน( ทางผิวหนัง) ใช้ในรีโมทคอนโทล 4. แสง เกิดจากแหล่งที่มีความร้อนสูงสามารถมองเห็น 5. รังสีอุลตราไวโอเลต เมื่อกระทบกับสารเรืองแสงจะให้แสงที่มองเห็นได้เมื่อกระทบบรรยากาศโลก 6. รังสีเอกซ์ เกิดจากการปลดปล่อยพลังงานของอิเล็กตรอน 7. รังสีแกมมา เกิดจากการสลายตัวทางนิวเคลียสมีความถี่สูงกว่ารังสีเอก