คลื่นแสง

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นแสง (Light) นางสาวธนัชชา เงื่องจันทอง เลขที่ 27 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6/1

คำนำ สมุดเล่มนี้เป็นส่วนหนึ่งของวิชาฟิ สิกส์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 จัดทำขึ้นเพื่อให้ศึกษาความรู้เรื่องคลื่นแสง และได้ศึกษาอย่างเข้าใจ เพื่อเป็นประโยชน์กับการเรียน ผู้จัดทำหวังว่าสมุดเล่มนี้จะเป็น ประโยชน์กับผู้อ่าน นักเรียน หรือนักศึกษา ที่กำลังหาข้อมูลเรื่องคลื่น แสงอยู่ หากมีข้อแนะนำหรือข้อมูลผิดพลาดประการใด ผู้จัดทำขอ น้อมรับไว้และขออภัยมา ณ ที่นี้ด้วย นางสาวธนัชชา เงื่องจันทอง 17 มกราคม 2566

สารบัญ หน้า เรื่อง 1-2 1 1.แสง คือ 1 -แสงที่ตามองเห็น 2 -ลักษณะความเป็ นคลื่นของแสง -ลักษณะความเป็ นอนุภาคของแสง 2-5 2 2.สมบัติของแสง 3 -การเดินทางเป็ นเส้นตรง 4 -การหักเห 5 -การสะท้อน -การกระจาย 5-6 3.การสะท้อนกลับหมด 7-8 7 4.แสงเชิงคลื่น 8 -การเลี้ยวเบน -การแทรกสอด 9 5.แหล่งกำเนิดของแสง 9 6.ประโยชน์ของแสง 9 7.โทษของแสง 10-11 8.แบบทดสอบหลังเรียน 12 9.เฉลยแบบทดสอบหลังเรียน

แสง (light) คือ แสงหรือแสงที่ตามองเห็น (visible light) เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ าที่ตา มนุษย์มองเห็นได้ มีความสำคัญต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิต มีความถี่ อยู่ในช่วงตั้งแต่ 4.3×10^14 ถึง 7.5×10^14 เฮิร์ต หรือมีความยาวคลื่น ของแสงในสุญญากาศอยู่ในช่วง 400 – 700 นาโนเมตร โดยแสงขาวจะถูกปริซึมแยกออกเป็นแสงสีแดง สีส้ม สีเหลือง สีเขียว สีน้ำเงิน และสีม่วง ซึ่งแสงสีแดงมีความถี่ต่ำที่สุด และแสงสีม่วงมีความถี่ มากที่สุด ลักษณะความเป็ นคลื่นของแสง แสงเป็นคลื่น ซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ า โดยที่ระนาบการสั่นของ สนามแม่เหล็กตั้งฉากกับระนาบการสั่นของสนามไฟฟ้ า และตั้งฉากกับ ทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น และแสงก็มีการเลี้ยวเบนด้วย ซึ่งการเลี้ยว เบนก็แสดงคุณสมบัติของคลื่น ลักษณะความเป็นคลื่นของแสงระบุได้ด้วยสมบัติอย่างใดอย่างหนึ่งใน 3 อย่าง กล่าวคือ - ความยาวคลื่น (������): ระยะระหว่างยอดคลื่น (crest)ที่อยู่ติดกัน วัดใน หน่วยความยาว เช่น เมตร เซนติเมตร - ความถี่คลื่น (f): จำนวนการสั่นไหวของคลื่น (wave oscillatation) หรือ จำนวนลูกคลื่นต่อวินาที วัดในหน่วย cm-1 (Hz) - ความเร็วคลื่น (V): สัมพันธ์กับความยาวคลื่นและความถี่คลื่น ดังสมการ V = f������ หน่วยเป็น เมตรต่อวินาที ความยาวคลื่นมากความถี่จะต่ำ ความยาวคลื่นน้อยความถี่จะสูง

อัตราเร็วของแสงใน สุญญากาศ มีค่าประมาณ 3×10^8 เมตรต่อวินาที ลักษณะความเป็ นอนุภาคของแสง แสง ประกอบด้วยกลุ่มอนุภาคขนาดเล็ก แต่ละอนุภาคมีมวลน้อยมาก จนถือว่าปราศจากมวล เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง อนุภาคดังกล่าวเรา เรียกว่า \"โฟตอน\" พลังงานของแต่ละโฟตอนมีค่าเท่ากับ hf เรียกว่า ปริมาณ 1 ควอนตัม โดย h คือ ค่าคงที่ของพลังค์ = 6.63×10^(−3 J s และ f คือ ความถี่คลื่นแสง คุณสมบัติของแสง 1. เดินทางเป็นเส้นตรง (Rectilinear propagation) การเดินทางแสงเป็นเส้นตรง ในตัวกลางที่มีค่าดัชนีการหักเห (refractive index ; n) ของแสงเท่ากัน แสงจะเดินทางเป็นเส้นตรงโดย ค่าดัชนีการหักเหของแสง หรือ ค่า n สามารถหาได้จาก n คือ ดัชนีหักเหของแสงในตัวกลางนั้น ๆ c คือ ความเร็วแสงในสุญญากาศ v คือ ความเร็วแสงในตัวกลางนั้น ๆ

2. การหักเห (Refraction) เมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีก ตัวกลางหนึ่ง แสงบางส่วนสะท้อนกลับไปในตัวกลางเดิม ส่วนแสงที่เหลือ จะหักเหเข้าไปในตัวกลางใหม่ สมการที่ใช้ในการอธิบายเรื่องการหักเหของแสงคือกฎของสเนลล์ ดังนี้ n1 คือดัชนีหักเหของตัวกลาง 1 n2 คือดัชนีหักเหของตัวกลาง 2 Ɵ1 คือมุมตกกระทบ Ɵ2 คือมุมหักเห

3.. การสะท้อน (Reflection) เมื่อแสงเดินทางไปเจอขอบเขตระหว่าง ตัวกลางสองตัวกลาง แสงบางส่วนสะท้อนกลับ และบางส่วนก็จะเคลื่อนที่ ต่อไปนตัวกลางถัดไป โดยกฎการสะท้อนของแสงดังนี้ - เส้นปกติ รังสีตกกระทบ และรังสีสะท้อนอยู่ในระนาบเดียวกัน - มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน การสะท้อนของแสงสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ลักษณะ คือ 1) การสะท้อนแบบปกติ (Regular reflection) จะเกิดขึ้นเมื่อแสง ตกกระทบกับวัตถุที่มีผิวเรียบมัน 2) การสะท้อนแบบกระจาย (Diffuse reflection)จะเกิดขึ้นเมื่อแสง ตกกระทบวัตถุที่มีผิวขรุขระ

4.การกระจาย (Dispersion) เมื่อแสงผ่านเข้าไปในอุปกรณ์ เช่น ปริซึม (Prism) ซึ่งก็จะเห็นแสง กระจายออกเป็นสีต่างๆ และเรียกแสงที่การกระจายออกมาจากแสงขาว ว่า “สเปกตรัมของแสงขาว” จากรูป เมื่อฉากแสงขาวผ่านปริซึมและทำให้แสงขาวนั้นกระจายออกเป็น สีต่างมุมในรูปเรียกว่ามุมเบี่ยงเบนสังเกตได้ว่ามุมของแสงสีแดงจะมีค่า น้อยที่สุด และมุมเบี่ยงเบนของสีม่วงมีค่ามากที่สุด การสะท้อนกลับหมด การสะท้อนกลับหมดเป็ นกรณีพิเศษหนึ่งที่แสงเดินทางจากตัวกลาง หมายเลข 1 ที่มีดัชนีหักเหมากไปตัวกลาง 2 ที่มีดัชนีหักเหน้อย แสงจะ แบนออกจากเส้นปกติ แต้ถ้ามันเบนออกไปมาก จนเกิดกรณีว่ามุมหักเห เป็นมุมฉาก เราจะเรียกมุมตกกระทบที่ทำให้มุมหักเหเป็นมุมฉาก ว่า มุมวิกฤต (Ɵc)

จากนั้นถ้าแสงตกกระทบด้วยมุมที่มากกว่ามุมวิกฤตแล้ว จะเกิด “การสะท้อนกลับหมด”นั่นคือแสงทั้งหมดเกิดการสะท้อนกลับหมด และ ไม่เกิดการหักเห จากกฎของสเนลล์ ให้แสงเดินทางจากตัวกลางหนึ่งไปสอง (n1>n2) ที่มุมวิกฤต Ɵ1= Ɵc จะได้ว่า Ɵ2= 90^0 ดังนั้น n1sinƟc= n2sin90^0 จัดรูปได้ดังต่อไปนี้

แสงเชิงคลื่น แสงเป็นคลื่น จึงสามารถเกิดการเลี้ยวเบนและการ แทรกสอดได้ 1.การเลี้ยวเบนของแสง (Diffraction) ถ้าวางวัตถุทึบแสงไว้ระหว่างฉากกับจุดกำเนิดแสงที่สว่างมากจะเห็น ขอบของเงาวัตถุนั้นบนฉากพร่ามัว เป็นแถบมืดแถบสว่างสลับกัน ดังรูป ที่เป็นเช่นนี้ เพราะแสงเกิดการเลี้ยวเบนทำให้เกิดการเลี้ยวเบนทำให้เกิด การแทรกสอดเป็ นแถบมืดและแถบสว่าง จากรูป ถ้าให้แสงที่มีความสว่างมากผ่านวัตถุรูปดาวจะทำให้ เกิดแถบ มืดและแถบสว่างที่ขอบในและขอบนอกของรูปดาวปรากฏบนฉาก เพราะคลื่นแสงที่เลี้ยวเบนจากขอบในและขอบนอกของรูปดาวเป็ น เสมือนแหล่งกำเนิด แสงใหม่จึงเกิดการแทรกสอดกันเองทำให้เกิดแถบ สว่างและแถบมืดทั้งขอบนอกและขอบ ในของวัตถุรูปดาว

2. การแทรกสอดของแสง (Interference) การแทรกสอดของแสง เกิดได้ต่อเมื่อคลื่นแสง 2 ขบวนเคลื่อนที่มา พบกัน จะเกิดการรวมตัวกันและแทรกสอดกันเกิดเป็นแถบมืดและ แถบสว่างบนฉาก โดยแหล่งกำเนิดแสงจะต้องเป็นแหล่งกำเนิด อาพันธ์ (Coherent Source) คือเป็นแหล่งกำเนิดที่ให้คลื่นแสง ความถี่เดียวกัน และความยาวคลื่นเท่ากัน การทดลองเรื่องการแทรกสอดของแสง ทำได้โดย ให้แสงผ่าน ช่องแคบ (Slit) So แล้วเลี้ยวเบนตกกระทบช่องแคบคู่ S1 , S2 ซึ่งทำ หน้าที่เป็นเสมือนแหล่งกำเนิดอาพันธ์ เมื่อแสงเคลื่อนที่ผ่าน S1 , S2 เดินทางไปพบกัน จะทำให้เกิดการแทรกสอดกันในลักษณะทั้งเสริม และหักล้างกัน โดยปรากฎภาพการแทรกสอดบนฉากเห็นเป็นแถบ สว่างแถบมืด ดังรูป

แหล่งกำเนิดของแสงบนโลก 1. แหล่งกำเนิดตามธรรมชาติ คือ ดวงอาทิตย์ ดาวฤกษ์ดวงอื่น ๆ และปรากฏการณ์ ฟ้ าแลบฟ้ าผ่า โดยแสงจากดวงอาทิตย์ถือเป็นแหล่ง กำเนิดแสงที่ใหญ่ที่สุดของโลก 2. แสงจากสิ่งมีชีวิต (Bioluminescence) เช่น การเรืองแสงของสัตว์ บางชนิด เช่น และแพลงก์ตอนในทะเล และแสงจากหิ่งห้อย 3. แสงจากสิ่งประดิษฐ์ของมนุษย์ เช่น หลอดไฟ ตะเกียง เทียนไข และแสงที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงประเภทต่าง ๆ ประโยชน์ของคลื่นแสง ประโยชน์ของแสงสามารถแบ่งได้เป็น 2 ทาง 1.ประโยชน์จากแสงทางตรง เช่น การทำนาเกลือ การทำอาหารตาก แห้ง การตากผ้า การฆ่าเชื้อโรคในน้ำดื่ม ต้องอาศัยความร้อนจากแสง อาทิตย์ การแสดงหนังตะลุง และภาพยนตร์ ต้องใช้แสงเพื่อทำให้เกิดเงา บนจอ การมองเห็นก็ถือเป็นการใช้ประโยชน์จากแสงทางตรง 2.ประโยชน์จากแสงทางอ้อม เช่น ทำให้เกิดวัฏจักรของน้ำ(การเกิดฝน) พืชและสัตว์ก็ได้รับการถ่ายทอดพลังงานมาจากแสงอาทิตย์ โทษของคลื่นแสง แสงอัลตราไวโอเลตที่มีพลังงานสูงในแสงแดด อาจทำลายจอประสาท ตาและเลนส์ตา จนเสื่อมสภาพ เกิดเป็นโรคต้อกระจกอาจลุกลามจน ตาบอดได้ หากมองแสงอาทิตย์โดยตรงเป็นเวลานานๆโดยไม่มีอุปกรณ์ ป้ องกัน และ แสงยูวีบี มีส่วนทำให้ผิวหนังไหม้เกรียมและทำให้เกิด มะเร็งผิวหนังได้

แบบทดสอบหลังเรียน 1.คลื่นแสงมีความถี่อยู่ในช่วงใด ก. ถึง เฮิร์ต ข. ถึง เฮิร์ต ค. ถึง เฮิร์ต ง. ถึง เฮิร์ต 2.แสงสีใดมีความถี่มากที่สุดและน้อยที่สุด ตามลำดับ ก. สีม่วง และ สีแดง ข. สีส้ม และ สีเหลือง ค. สีแดง และ สีน้ำเงิน ง. สีเขียว และ สีม่วง 3. สนามแม่เหล็กเป็นส่วนหนึ่งของคลื่นแสงนั้น มีทิศทางตามข้อใด ก. ขนานกับทิศทางการเคลื่อนที่ของแสง ข. ตั้งฉากกับทั้งสนามไฟฟ้ าและทิศการเคลื่อนที่ของแสง ค. ตั้งฉากกับสนามไฟฟ้ าแต่ขนานกับทิศของการเคลื่อนที่ของแสง ง. ขนานกับสนามไฟฟ้ า แต่ตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของแสง 4.การสะท้อนแบบกระจาย (Diffuse reflection) เกิดขึ้นได้อย่างไร ก. เกิดขึ้นเมื่อแสงตกกระทบวัตถุที่มีผิวเรียบมัน ข. เกิดขึ้นเมื่อแสงตกกระทบวัตถุที่มีผิวขรุขระ ค. เกิดขึ้นเมื่อแสงตกกระทบวัตถุที่มีผิวเรียบมันและผิวขรุขระ ง. เกิดขึ้นเมื่อแสงตกกระทบวัตถุที่มีผิวแบบใดก็ได้ 5.การแทรกสอดของแสง (Interference) เกิดขึ้นอย่างไร ก. เมื่อคลื่นแสงรวมกับคลื่นเสียง ข. เมื่อคลื่นแสงซ้อนทับกัน ค. เมื่อคลื่นแสง 1 ขบวนชนสิ่งกีดขวาง ง. เมื่อคลื่นแสง 2 ขบวนเคลื่อนที่มาพบกัน

6.มุมเบี่ยงเบนของแสงสีใดมีค่าน้อยที่สุด ก. สีเหลือง ข. สีเขียว ค. สีแดง ง. สีส้ม 7.อนุภาคของแสงชื่อว่าอะไร ก. นิวตรอน ข. โปรตอน ค. อิเล็กตรอน ง. โฟตอน 8.อัตราเร็วของแสงในสุญญากาศ มีค่าประมาณเท่าใด ก. เมตรต่อวินาที ข. เมตรต่อวินาที ค. เมตรต่อวินาที ง. เมตรต่อวินาที 9.ข้อใดไม่ใช่แหล่งกำเนิดของแสงตามธรรมชาติ ก. ดาวฤกษ์ ข. ฟ้ าผ่า ค. เชื้อเพลิง ง. ดวงอาทิตย์ 10.ข้อใดคือประโยชน์ทางอ้อมของคลื่นแสง ก. การทำนาเกลือ ข. การตากผ้า ค. การแสดงหนังตะลุง ง. การเกิดฝน

เฉลยแบบทดสอบหลังเรียน 1. ข. ถึง เฮิร์ต 2. ก.สีม่วง และ สีแดง 3. ข.ตั้งฉากกับทั้งสนามไฟฟ้ าและทิศการเคลื่อนที่ของแสง 4. ข.เกิดขึ้นเมื่อแสงตกกระทบวัตถุที่มีผิวขรุขระ 5. ง.เมื่อคลื่นแสง 2 ขบวนเคลื่อนที่มาพบกัน 6. ค.สีแดง 7. ง. โฟตอน 8. ก. เมตรต่อวินาที 9. ค.เชื้อเพลิง 10. ง.การเกิดฝน

ขอบคุณค่ะ