ผลต่างระหว่างรุ่นของ "รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า"
http://chem.sci.ubu.ac.th/e-learning/inmr_th/spectroscopy/em_radiation.htm |
|||
| บรรทัด 8: | บรรทัด 8: | ||
ผลของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าต่อสารประกอบเคมีและสิ่งมีชีวิตขึ้นอยู่กับพลังงานและความถี่ของรังสี รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มองเห็นได้หรือความถี่ต่ำ (คือ แสงที่มองเห็นได้ อินฟราเรด ไมโครเวฟและคลื่นวิทยุ) เรียก รังสีไม่แตกตัวเป็นไอออน (non-ionizing radiation) เพราะโฟตอนของมันเดี่ยว ๆ ไม่มีพลังงานเพียงพอทำให้อะตอมหรือโมเลกุลกลายเป็นไอออน ผลของรังสีเหล่านี้ต่อระบบเคมีและเนื้อเยื่อมีชีวิตส่วนใหญ่เกิดจากฤทธิ์ความร้อนจากการส่งผ่านพลังงานรวมของหลายโฟตอน ในทางตรงข้าม รังสีอัลตราไวโอเลต เอกซ์และแกมมาเรียก รังสีแตกตัวเป็นไอออน (ionizing radiation) เพราะแต่ละอะตอมความถี่สูงนั้นพาพลังงานเพียงพอทำให้โมเลกุลแตกตัวเป็นไอออนหรือสลายพันธะเคมี รังสีเหล่านี้มีความสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีและความเสียหายต่อเซลล์มีชีวิตนอกเหนือจากผลของความร้อนธรรมดาและอาจเป็นภัยถึงชีวิตได้ |
ผลของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าต่อสารประกอบเคมีและสิ่งมีชีวิตขึ้นอยู่กับพลังงานและความถี่ของรังสี รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มองเห็นได้หรือความถี่ต่ำ (คือ แสงที่มองเห็นได้ อินฟราเรด ไมโครเวฟและคลื่นวิทยุ) เรียก รังสีไม่แตกตัวเป็นไอออน (non-ionizing radiation) เพราะโฟตอนของมันเดี่ยว ๆ ไม่มีพลังงานเพียงพอทำให้อะตอมหรือโมเลกุลกลายเป็นไอออน ผลของรังสีเหล่านี้ต่อระบบเคมีและเนื้อเยื่อมีชีวิตส่วนใหญ่เกิดจากฤทธิ์ความร้อนจากการส่งผ่านพลังงานรวมของหลายโฟตอน ในทางตรงข้าม รังสีอัลตราไวโอเลต เอกซ์และแกมมาเรียก รังสีแตกตัวเป็นไอออน (ionizing radiation) เพราะแต่ละอะตอมความถี่สูงนั้นพาพลังงานเพียงพอทำให้โมเลกุลแตกตัวเป็นไอออนหรือสลายพันธะเคมี รังสีเหล่านี้มีความสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีและความเสียหายต่อเซลล์มีชีวิตนอกเหนือจากผลของความร้อนธรรมดาและอาจเป็นภัยถึงชีวิตได้ |
||
== '''สมบัติของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า''' == |
|||
รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า มีคุณสมบัติร่วมกันของคลื่น (wave) และอนุภาค (particle) |
|||
ในฐานะที่เป็นคลื่น: รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยองค์ประกอบทั้งที่เป็นไฟฟ้าและแม่เหล็กที่ตั้งฉากซึ่งกันและกัน |
|||
ในฐานะที่เป็นอนุภาค: รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเป็น ควอนต้า (quanta) หรือโฟตอน (photon) ซึ่งสามารถเกิดอันตรกิริยาได้กับโมเลกุลแล้วทำให้เกิดผลที่แตกต่างกันออกไป |
|||
=== '''ความยาวคลื่น (wavelength), ความถี่ (frequency) และความเร็วแสง (speed) ''' === |
|||
{| class="wikitable" |
|||
|''' = 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) |
|||
== '''ประเภทของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ''' == |
|||
แสงที่ตามองเห็น (Visible light) เป็นเพียงส่วนหนึ่งของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ในช่วงซึ่งประสาทตาของมนุษย์สามารถสัมผัสได้ ซึ่งมีความยาวคลื่นอยู่ระหว่าง 400 – 700 นาโนเมตร (1 เมตร = 1,000,000,000 นาโนเมตร) หากนำแท่งแก้วปริซึม (Prism) มาหักเหแสงอาทิตย์ เราจะเห็นว่าแสงสีขาวถูกหักเหออกเป็นสีม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง คล้ายกับสีของรุ้งกินน้ำ เรียกว่า “สเปคตรัม” (Spectrum) แสงแต่ละสีมีความยาวคลื่นแตกต่างกัน สีม่วงมีความยาวคลื่นน้อยที่สุด |
|||
สีแดงมีความยาวคลื่นมากที่สุด |
|||
ภาพที่ 2 ประเภทของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า |
|||
นอกจากแสงที่ตามองเห็นแล้วยังมีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดอื่นๆ ได้แก่ รังสีที่มีความยาวคลื่นถัดจากสีแดงออกไป |
|||
เราเรียกว่า “รังสีอินฟราเรด” หรือ “รังสีความร้อน” เรามองไม่เห็นรังสีอินฟราเรด แต่เราก็รู้สึกถึงความร้อนได้ สัตว์บางชนิด เช่น งู มีประสาทสัมผัสรังสีอินฟราเรด มันสามารถทราบตำแหน่งของเหยื่อได้ โดยการสัมผัสรังสีอินฟราเรดซึ่งแผ่ออกมาจากร่างกายของเหยื่อ รังสีที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่าแสงสีม่วงเรียกว่า “รังสีอุลตราไวโอเล็ต” แม้ว่าเราจะมองไม่เห็น แต่เมื่อเราตากแดดนานๆ ผิวหนังจะไหม้ด้วยรังสีชนิดนี้ นอกจากรังสีอุลตราไวโอเล็ตและรังสีอินฟราเรดแล้ว ยังมีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทอื่นๆ ซึ่งเรียงลำดับตามความยาวคลื่นได้ดังนี้ |
|||
'''รังสีแกมมา (Gamma ray)''' เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่า 0.01 นาโนเมตร โฟตอนของรังสีแกมมามีพลังงานสูงมาก กำเนิดจากแหล่งพลังงานนิวเคลียร์ เช่น ดาวระเบิด หรือ ระเบิดปรมาณู เป็นอันตรายมากต่อสิ่งมีชีวิต |
|||
'''รังสีเอ็กซ์ (X-ray)''' มีความยาวคลื่น 0.01 - 1 นาโนเมตร มีแหล่งกำเนิดในธรรมชาติมาจากดวงอาทิตย์ เราใช้รังสีเอ็กซ์ในทางการแพทย์ เพื่อส่องผ่านเซลล์เนื้อเยื่อ แต่ถ้าได้ร่างกายได้รับรังสีนี้มากๆ ก็จะเป็นอันตราย |
|||
''' รังสีอุลตราไวโอเล็ต (Ultraviolet radiation)''' มีความยาวคลื่น 1 - 400 นาโนเมตร รังสีอุลตราไวโอเล็ตมีอยู่ในแสงอาทิตย์ เป็นประโยชน์ต่อร่างกาย แต่หากได้รับมากเกินไปก็จะทำให้ผิวไหม้ และอาจทำให้เกิดมะเร็งผิวหนัง |
|||
'''แสงที่ตามองเห็น (Visible light)''' มีความยาวคลื่น 400 – 700 นาโนเมตร พลังงานที่แผ่ออกมาจากดวงอาทิตย์ ส่วนมากเป็นรังสีในช่วงนี้ แสงแดดเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญของโลก และยังช่วยในการสังเคราะห์แสงของพืช |
|||
'''รังสีอินฟราเรด (Infrared radiation)''' มีความยาวคลื่น 700 นาโนเมตร – 1 มิลลิเมตร โลกและสิ่งชีวิตแผ่รังสีอินฟราเรดออกมา ก๊าซเรือนกระจก เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ และไอน้ำ ในบรรยากาศดูดซับรังสีนี้ไว้ ทำให้โลกมีความอบอุ่น เหมาะกับการดำรงชีวิต |
|||
''' คลื่นไมโครเวฟ (Microwave)''' มีความยาวคลื่น 1 มิลลิเมตร – 10 เซนติเมตร ใช้ประโยชน์ในด้านโทรคมนาคมระยะไกล นอกจากนั้นยังนำมาประยุกต์สร้างพลังงานในเตาอบอาหาร |
|||
''' คลื่นวิทยุ (Radio wave)''' เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นมากที่สุด คลื่นวิทยุสามารถเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศได้ จึงถูกนำมาใช้ประโยชน์ในด้านการสื่อสาร โทรคมนาคม |
|||
== อ้างอิง == |
== อ้างอิง == |
||
รุ่นแก้ไขเมื่อ 11:15, 22 มีนาคม 2560
ในวิชาฟิสิกส์ รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (อังกฤษ: electromagnetic radiation) หมายถึงคลื่น (หรือควอนตัมโฟตอน) ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ผ่านปริภูมิโดยพาพลังงานจากการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า
โดยคลาสสิก รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นการสั่นประสานของสนามไฟฟ้าและแม่เหล็กซึ่งแผ่ผ่านสุญญากาศด้วยความเร็วแสง การสั่นองสนามทั้งสองนี้ตั้งฉากกันและตั้งฉากกับทิศทางของการแผ่พลังงานและคลื่น ทำให้เกิดคลื่นตามขวาง แนวคลื่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเปล่งจากแหล่งกำเนิดจุด (เช่น หลอดไฟ) เป็นทรงกลม ตำแหน่งของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถจำแนกลักษณะได้โดยความถี่ของการสั่นหรือความยาวคลื่น สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้ามีคลื่นวิทยุ ไมโครเวฟ รังสีอินฟราเรด แสงที่มองเห็นได้ รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์และรังสีแกมมา โดยเรียงความถี่จากน้อยไปมากและความยาวคลื่นจากมากไปน้อย[1]
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดเมื่ออนุภาคมีประจุถูกเร่ง แล้วคลื่นเหล่านี้จะสามารถมีอันตรกิริยากับอนุภาคมีประจุอื่น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าพาพลังงาน โมเมนตัมและโมเมนตัมเชิงมุมจากอนุภาคแหล่งกำเนิดและสามารถส่งผ่านคุณสมบัติเหล่านี้แก่สสารซึ่งไปทำอันตรกิริยาด้วย ควอนตัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเรียก โฟตอน ซึ่งมีมวลนิ่งเป็นศูนย์ แต่พลังงานหรือมวลรวม (โดยสัมพัทธ์) สมมูลไม่เป็นศูนย์ ฉะนั้นจึงยังได้รับผลจากความโน้มถ่วง รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าสัมพันธ์กับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเหล่านั้นซึ่งสามารถแผ่ตนเองได้โดยปราศจากอิทธิพลต่อเนื่องของประจุเคลื่อนที่ที่ผลิตมัน เพราะรังสีนั้นมีระยะห่างเพียงพอจากประจุเหล่านั้นแล้ว ฉะนั้น บางทีจึงเรียกรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าว่าสนามไกล ในภาษานี้สนามใกล้หมายถึงสนามแม่เหล็กไฟฟ้าใกล้ประจุและกระแสที่ผลิตมันโดยตรง โดยเจาะจงคือ ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและการเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิต
ในทฤษฎีควอนตัมแม่เหล็กไฟฟ้า รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยโฟตอน อนุภาคมูลฐานซึ่งทำให้เกิดอันตรกิริยาแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งสิ้น ฤทธิ์ควอนตัมทำให้เกิดแหล่งรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเพิ่ม เช่น การส่งผ่านอิเล็กตรอนไประดับพลังงานต่ำกว่าในอะตอมและการแผ่รังสีวัตถุดำ โฟตอนความถี่สูงขึ้นจะมีพลังงานมากขึ้น ความสัมพันธ์นี้เป็นไปตามสมการของพลังค์ E = hν โดยที่ E คือ พลังงานต่อโปรตอน ν คือ ความถี่ของโฟตอน และ h คือ ค่าคงที่ของพลังค์ ตัวอย่างเช่น โฟตอนรังสีแกมมาหนึ่งโฟตอน อาจพาพลังงาน ~100,000 เท่าของโฟตอนหนึ่งโฟตอนของแสงที่มองเห็นได้
ผลของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าต่อสารประกอบเคมีและสิ่งมีชีวิตขึ้นอยู่กับพลังงานและความถี่ของรังสี รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มองเห็นได้หรือความถี่ต่ำ (คือ แสงที่มองเห็นได้ อินฟราเรด ไมโครเวฟและคลื่นวิทยุ) เรียก รังสีไม่แตกตัวเป็นไอออน (non-ionizing radiation) เพราะโฟตอนของมันเดี่ยว ๆ ไม่มีพลังงานเพียงพอทำให้อะตอมหรือโมเลกุลกลายเป็นไอออน ผลของรังสีเหล่านี้ต่อระบบเคมีและเนื้อเยื่อมีชีวิตส่วนใหญ่เกิดจากฤทธิ์ความร้อนจากการส่งผ่านพลังงานรวมของหลายโฟตอน ในทางตรงข้าม รังสีอัลตราไวโอเลต เอกซ์และแกมมาเรียก รังสีแตกตัวเป็นไอออน (ionizing radiation) เพราะแต่ละอะตอมความถี่สูงนั้นพาพลังงานเพียงพอทำให้โมเลกุลแตกตัวเป็นไอออนหรือสลายพันธะเคมี รังสีเหล่านี้มีความสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีและความเสียหายต่อเซลล์มีชีวิตนอกเหนือจากผลของความร้อนธรรมดาและอาจเป็นภัยถึงชีวิตได้
อ้างอิง
- ↑ Maxwell, J. Clerk (1 January 1865). "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 155: 459–512. doi:10.1098/rstl.1865.0008.