รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

ในวิชาฟิสิกส์ รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (อังกฤษ: electromagnetic radiation) หมายถึงคลื่น (หรือควอนตัมโฟตอน) ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ผ่านปริภูมิโดยพาพลังงานจากการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

โดยคลาสสิก รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นการสั่นประสานของสนามไฟฟ้าและแม่เหล็กซึ่งแผ่ผ่านสุญญากาศด้วยความเร็วแสง การสั่นองสนามทั้งสองนี้ตั้งฉากกันและตั้งฉากกับทิศทางของการแผ่พลังงานและคลื่น ทำให้เกิดคลื่นตามขวาง แนวคลื่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเปล่งจากแหล่งกำเนิดจุด (เช่น หลอดไฟ) เป็นทรงกลม ตำแหน่งของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถจำแนกลักษณะได้โดยความถี่ของการสั่นหรือความยาวคลื่น สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้ามีคลื่นวิทยุ ไมโครเวฟ รังสีอินฟราเรด แสงที่มองเห็นได้ รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์และรังสีแกมมา โดยเรียงความถี่จากน้อยไปมากและความยาวคลื่นจากมากไปน้อย

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

รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าต่อชีวิตประจำวัน (electromagnetic radiation for daily life)

         คลื่นวิทยุ (radiowave) เป็นช่วงคลื่นที่ใช้ในการส่งข่าวสารจากเครื่องส่งของ

สถานีไปยังเครื่องรับตามบ้าน คลื่นวิทยุมีสมบัติที่น่าสนใจคือ สามารถหักเหและสะท้อน ได้ในชั้นบรรยากาศซึ่งเต็มไปด้วยอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าอยู่เป็นจำนวนมาก เมื่อคลื่นวิทยุเคลื่อนที่ในชั้นบรรยากาศจะสามารถสะท้อนกลับสู่ผิวโลกได้ สมบัติข้อนี้ ี้ทำให้สามารถใช้คลื่นวิทยุในการสื่อสารเป็นระยะทางไกล ๆ ได้

     คลื่นไมโครเวฟ (microwave) ใช้ในการส่งสัญญาณโทรทัศน์ และใช้ใน

เตาไมโครเวฟ เป็นต้น คลื่นนี้จะไม่สะท้อนกลับในชั้นบรรยากาศแต่จะทะลุออกนอกโลก ไปเลย เราจึงสามารถส่งคลื่นไมโครเวฟไปยังดาวเทียมที่โคจรรอบโลกเพื่อสะท้อนคลื่น กลับมายังสถานีรับที่อยู่ห่างไกลออกไปได้ นอกจากนี้คลื่นไมโครเวฟยังสะท้อนจากผิว โลหะได้ดี ซึ่งได้มีการนำเอาสมบัติข้อนี้ไปใช้ประโยชน์ในการตรวจหาอากาศยานที่ เรียกว่า เรดาร์ ได้อีกด้วย

        รังสีอินฟราเรด (infrared) ปัจจุบันมีการนำเอาอินฟราเรดมาใช้ในอุปกรณ์หลาย

อย่างเช่น ใช้ในระบบควบคุมที่เรียกว่า รีโมทคอนโทรล (remote control) หรือ การควบคุมระยะไกล ซึ่งเป็นระบบสำหรับควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ต่าง ๆ จากระยะไกล โดยรังสีอินฟราเรดจะเป็นตัวนำคำสั่งจากเครื่องควบคุมไปยังเครื่องรับ ี้ในทางทหารได้มีการนำเอารังสี อินฟราเรด มาใช้เกี่ยวกับการควบคุมให้อาวุธนำวิถี เคลื่อนที่ไปยังเป้าหมายได้อย่างถูกต้อง ปัจจุบันมีการส่งสัญญาณด้วยเส้นใยนำแสง (optical fiber) โดยใช้รังสี อินฟราเรด เป็นพาหะนำสัญญาณ เนื่องจากถ้าใช้ แสงธรรมดานำสัญญาณ อาจจะถูกรบกวนจากแสงภายนอกได้ง่าย