บทที่ 18 แม่เหล็กไฟฟ้า

บทท่ี 18 คล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟ้า เร่ือง โพลาไรเซชั่นของแสง จดั ทาโดย นางสาว ชุติมา รอดพ่าย เลขที่ 27 ช้ันมธั ยมศึกษาปี ท่ี6/1 เสนอ อาจารย์ ไพโรจน์ ขุมขา โรงเรียนชาติตระการวทิ ยา อาเภอชาตติ ระการ จังหวดั พษิ ณุโลก ภาคเรียนท่ี 2 ปี การศึกษา 2564

ก คำนำ สมุดเล่มเลก็ เลม่ น้ีเป็นส่วนหน่ึงของรำยวชิ ำฟิ สิกส์ มีเน้ือหำเก่ียวกบั โพลำไรเซชนั่ ของแสง(polarization) มี วตั ถุประสงคจ์ ดั ทำข้ึนเพอ่ื ใหผ้ ทู้ ี่สนใจเก่ียวกบั โพลำไรเซชน่ั ของแสงไดศ้ ึกษำหำควำมรู้ไดง้ ่ำย สมดุ เล่มน้ีจึงเกิด มำพร้อมกบั ควำมต้งั ใจของผเู้ ขยี นท่ีจะทำใหผอู้ ำ่ นไดเ้ ขำ้ ใจเน้ือหำของเน้ือหำวิชำฟิ สิกส์ในเร่ืองของโพลำไร เซชนั่ ของแสงไดง้ ำ่ ยและรวดเร็วที่สุด ส่วนทำ้ ยของสมดุ เล่มน้ียงั มีแบบฝึกหดั พร้อมเฉลยท่ีแสดงวิธีคิดเอำไวใ้ ห้ ผอู้ ่ำนตรวจคำตอบเมื่อทำแบบฝึกหดั เสร็จ ผจู้ ดั ทำหวงั เป็นอยำ่ งยง่ิ วำ่ ผลงำนในชิ้นน้ีจะเป็นประโยชนต์ อ่ ผทู้ ี่สนใจจะศึกษำเป็นอยำ่ งมำก หำกผดิ พลำด ประกำรใดผจู้ ดั ทำขออภยั มำ ณ ท่ีน้ีดว้ ย นำงสำว ชุติมำ รอดพำ่ ย ผจู้ ดั ทำ

สำรบญั ข เร่ือง หน้า คานา ก สารบัญ ข โพลาไรเซช่ันของแสง 1 4 -โพลาไรเซซันโดยการสะท้อน 5 -โพลาไรเซชันโดยการหกั เห 6 -โพลาไรเซชันโดยการกระเจงิ ของแสง 8 แบบฝึ กหดั 10 เฉลยแบบฝึ กหดั

1 โพลาไรเซชันของแสง(polarization) คล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟ้ำที่ส่งออกมำจำกสำยอำกำศโทรทศั น์เป็นคล่ืนโพลำไรส์เพรำะสนำมไฟฟ้ำเปล่ียนทิศกลบั ไป มำในแนวเดียวกนั เสมอ แสงก็เป็นคล่ืนแมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำ แหลง่ กำเนิดคลื่นแสงโดยทว่ั ไปเช่น ดวงอำทิตย์ หลอดไฟ จะปล่อยคล่ืนแมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำ (คลื่นแสง) ซ่ึงสนำมไฟฟ้ำมีทิศต้งั ฉำกกบั ทิศกำรเคลื่อนท่ีของคลื่นเสมอ ไมว่ ำ่ คลื่นจะอยู่ ณ ตำแหน่งใด แตส่ นำมไฟฟ้ำของแสงที่ส่งออกมำจำกดวงอำทิตยม์ ีทิศตำ่ งๆกนั มำกมำย ก. ทิศของสนำมไฟฟ้ำของคลื่นแสงจำกแหล่งกำเนิดแสงปรำกฏทิศทำงตำ่ งๆกนั ข. กำรรวมสนำมไฟฟ้ำใหอ้ ยใู่ นแกน y และแกน z รูป 18.18 แสงไมโ่ พลำไรส์

2 ตำมหลกั กำรรวมเวกเตอร์สำมำรถรวมเวกเตอร์ ในรูป 18.18 ก. ใหอ้ ยใู่ นแกน y และ z ดงั น้นั เม่ือแสง เคล่ือนท่ีผำ่ นตำแหน่งใดๆ สนำมไฟฟ้ำลพั ธ์ของ บนแกน y จะเปลี่ยนแปลงกลบั ไปมำในแนวขนำนกบั แกน y และสนำมไฟฟ้ำลพั ธข์ อง บนแกน z จะเปลี่ยนแปลงกลบั ไปมำในแนวขนำนกบั แกน z ดงั น้นั เรำ สำมำรถแทนแสงไม่โพลำไรส์ดว้ ยลกู ศรสองอนั ในแตล่ ะแกน ดงั รูป 18.18 ข. จะเห็นวำ่ แสงไมโ่ พลำไรส์ สำมำรถแยกใหเ้ ป็นแสงโพลำไรส์ในสองทิศทำงได้ โดยเป็นแสงที่โพลำไรส์ซ่ึงมีระนำบกำรเปล่ียนแปลง กลบั ไปมำในแนว y และเป็นแสงโพลำไรส์ซ่ึงมีระนำบกำรเปล่ียนแปลงกลบั ไปกลบั มำในแนวแกน z และ โดยเฉลี่ยแลว้ แอมพลิจูดของ ในแนวท้งั สองจะเทำ่ กนั อยำ่ งไรกต็ ำม แสงในรูป 18.18 ข. เป็นแสงไม่โพ-ลำ ไรส์ แผน่ โพลำรอยด์เป็นแผน่ พลำสติกท่ีมีโมเลกลุ ของพอลิไวนิลแอลกอฮอล์ (polyvinyl alcohol) ฝังอยใู่ นเน้ือ พลำสติกและแผน่ พลำสติกถกู ยดึ ใหโ้ มเลกลุ ยำวเรียงตวั ในแนวขนำนกนั เมื่อแสงผำ่ นแผน่ โพลำรอยด์ สนำมไฟฟ้ำที่มีทิศต้งั ฉำกกบั แนวกำรเรียงตวั ของโมเลกุล จะผำ่ นแผน่ โพลำรอยดอ์ อกไปได้ ส่วนสนำมไฟฟ้ำท่ี มีทิศขนำนกบั แนวกำรเรียงตวั ของโมเลกุลจะถูกโมเลกลุ กลืนต่อไป จะเรียกแนวที่ต้งั ฉำกกบั แนวกำรเรียงตวั ของ โมเลกุลน้ีวำ่ ทิศของโพลำไรส์ ดงั น้นั สรุปไดว้ ำ่ 1. แสงท่ีสนำมไฟฟ้ำมีทิศขนำนกบั ทิศของโพลำไรส์ สำมำรถผำ่ นแผน่ โพลำรอยดไ์ ด้ 2. แสงที่สนำมไฟฟ้ำมีทิศต้งั ฉำกกบั ทิศของโพลำไรส์ จะถูกแผน่ โพลำรอยดด์ ูดกลืน เม่ือแสงไมโ่ พลำไรส์ผำ่ นแฟ่ นโพลำรอยด์ สนำมไฟฟ้ำของแสงไมโ่ พลำไรส์ท่ีมีทิศต้งั ฉำกกบั ทิศของโพลำไรส์ จะถูกดูดกลืน ส่วนสนำมไฟฟ้ำท่ีมีทิศขนำนกบั ทิศของโพลำไรส์ จะผำ่ นแผน่ โพลำรอยดอ์ อกมำดงั รูป 18.19 ดงั น้นั แสงท่ีผำ่ นแผน่ โพลำรอยดอ์ อกมำเป็นแสงโพลำไรส์ในแนวด่ิง รูป 18.19 แสงไมโ่ พลำไรส์ผำ่ นแผน่ โพลำรอยด์จะไดแ้ สงโพลำไรส์

3 รูป 18.20 แสงไม่โพลำไรส์ไม่สำมำรถผำ่ นแผน่ โพลำรอยดส์ องแผน่ ที่มีทิศของโพรำไรส์ต้งั ฉำกกนั เม่ือใหแ้ สงไมโ่ พลำไรส์ผำ่ นแผน่ โพลำรอยดส์ องแผน่ ท่ีวำงขนำนกนั ขณะหมุนแผน่ โพลำรอยดแ์ ผน่ ที่หน่ึง ควำมสวำ่ งของแสงท่ีผำ่ นแผน่ โพลำรอยดแ์ ผน่ ที่สองจะเปลี่ยนไป ควำมสวำ่ งของแสงจะมำกที่สุด เม่ือทิศของ โพลำไรส์ของแผ่นโพลำรอยดท์ ้งั สองอยขู่ นำนกนั และควำมสวำ่ งจะนอ้ ยท่ีสุด เมื่อทิศของโพลำไรส์ของแผน่ โพ ลำรอยดท์ ้งั สองต้งั ฉำกกนั ดงั รูป 18.20 (ถำ้ แผ่นโพลำรอยดม์ ีคณุ ภำพดีมำก จะไมม่ ีแสงผำ่ นออกมำเลย) - ถำ้ ตอ้ งกำรทรำบวำ่ แสงมีโพลำไรเซชนั หรือไม่ จะมีวธิ ีตรวจสอบไดอ้ ยำ่ งไร จำกรูป 18.20 ทำใหท้ รำบวำ่ แสงที่สะทอ้ นจำกผวิ วตั ถุโดยมีมมุ ตกกระทบพอเหมำะเป็นแสงโพลำไรส์ เพรำะทิศ ของสนำมไฟฟ้ำของแสงโพลำไรส์มีทิศกำรเปล่ียนแปลงกลบั ไปมำในแนวเดียว เมื่อหมุนแผน่ โพลำรอยดใ์ น จงั หวะที่ทิศของโพลำไรส์ขนำนกบั ทิศกำรเปลี่ยนแปลงกลบั ไปมำของสนำมไฟฟ้ำ แสงก็ผำ่ นออกมำทำใหเ้ ห็น สวำ่ ง แต่ถำ้ ทิศท้งั สองต้งั ฉำกกนั แสงจะถูกดูดกลืนทำใหเ้ ห็นมืด สำหรับแสงไม่โพลำไรส์ท่ีผำ่ นแผน่ โพลำรอยด์ ซ่ึงหมนุ ครบรอบ ควำมสวำ่ งไมเ่ ปล่ียนแปลง

4 โพลาไรเซซันโดยการสะท้อน เม่ือแสงไมโ่ พลำไรส์ผำ่ นแผ่นโพลำรอยดจ์ ะออกมำเป็นแสงโพลำไรส์ ซ่ึงกลำ่ วไดว้ ำ่ เป็นกำรทำแสงโพลำไรส์ โดยใชว้ ิธีดูดกลืนแสง ยงั มีวิธีอื่นอีกท่ีใหแ้ สงโพลำไรส์ คือ กำรสะทอ้ นแสง เมื่อใหแ้ สงไม่โพลำไรส์ตกกระทบ ผิววตั ถุ เช่น แกว้ น้ำ หรือกระเบ้ือง แสงสะทอ้ นจะเป็นแสงโพลำไรส์ เม่ือแสงทำมุมตกกระทบเป็นคำ่ เฉพำะคำ่ หน่ึง รูป 18.21 แสงสะทอ้ นเป็นแสงโพลำไรส์ พจิ ำรณำรูป 18.21 แสงไม่โพลำไรส์ตกกระทบผิวแกว้ แสงตกกระทบประกอบดว้ ยสนำมไฟฟ้ำสองสนำมต้งั ฉำกกนั คือสนำมไฟฟ้ำท่ีขนำนกบั ผวิ แกว้ แทนดว้ ยสัญลกั ษณ์ • และสนำมไฟฟ้ำที่ต้งั ฉำกกบั ผวิ แกว้ แทนดว้ ย ลูกศรสองหวั จำกกำรศึกษำพบวำ่ ถำ้ เลือกมมุ ตกกระทบ ท่ีทำใหแ้ สงสะทอ้ นทำมุม 90 องศำ กบั แสงหกั เห ในแท่งแกว้ แลว้ แสงสะทอ้ นจะเป็นแสงโพลำไรส์ซ่ึงมีสนำมไฟฟ้ำขนำนกบั ผวิ แกว้ เรียกมมุ ตกกระทบ น้ี วำ่ มมุ โพลำไรส์ (polarizing angle) มมุ บรูสเตอร์(Brewster’s angle)

5 โพลาไรเซชันโดยการหกั เห เมื่อแสงผำ่ นเขำ้ ไปในแกว้ แสงจะเคลื่อนท่ีดว้ ยอตั รำเร็วเท่ำกนั ทุกทิศทำง เพรำะแกว้ มีดรรชนีหกั เหเพียงค่ำ เดียว แต่เม่ือแสงผำ่ นเขำ้ ไปในผลึกแคลไซตห์ รือควอตซ์ แสงจะมีอตั รำเร็วไมเ่ ท่ำกนั ทุกทิศทำง ดว้ ยเหตุน้ีแสงท่ี ผำ่ นแคลไซตจ์ ึงหกั เหออกเป็น 2 แนว (double diffraction หรือ birefringence) ดงั รูป 18.22 รังสีหกั เหท้งั สอง แนวเป็นแสงโพลำไรส์ โดยมีสนำมไฟฟ้ำของรังสีหกั เหแตล่ ะรังสีต้งั ฉำกกนั ซ่ึงแสดงดว้ ยลูกศรและจุด รังสีท่ี แทนดว้ ยจุด เรียกวำ่ รังสีธรรมดำ (ordinary ray) มีอตั รำเร็วเท่ำกนั ทุกทิศทำง รังสีที่แทนดว้ ยลูกศร เรียกวำ่ รังสี พเิ ศษ (extraordinary ray) มีอตั รำเร็วในผลึกต่ำงกนั ในทิศท่ีตำ่ งกนั รูป 18.22 แสงโพลำไรส์โดยกำรหกั เหสองแนว

6 โพลาไรเซชันโดยการกระเจงิ ของแสง เม่ือแสงอำทิตยผ์ ำ่ นเขำ้ มำในบรรยำกำศของโลก แสงจะกระทบโมเลกลุ ของอำกำศหรืออนุภำคในบรรยำกำศ อิเลก็ ตรอนในโมเลกลุ จะดูดกลืนแสงท่ีตกกระทบน้นั และจะปลดปล่อยแสงน้นั ออกมำอีกคร้ังหน่ึงในทุก ทิศทำง ปรำกฏกำรณ์น้ีเรียกว่ำ กำรกระเจิงของแสง ซ่ึงไดศ้ ึกษำมำแลว้ ในบทเรียนเร่ืองแสง โดยศึกษำผลของกำร กระเจิงที่ทำใหเ้ ห็นทอ้ งฟ้ำเป็นสีต่ำงๆ รูป 18.23 แสงโพลำไรส์จำกกำรกระเจิงของแสง จำกรูป 18.23 แสงอำทิตยซ์ ่ึงเป็นแสงไมโ่ พลำไรส์กระทบโมเลกุลของอำกำศ สนำมไฟฟ้ำของแสงจะทำให้ อิเลก็ ตรอนในโมเลกลุ เคล่ือนที่ คลำ้ ยกบั กำรเคลื่อนท่ีกลบั ไปมำของประจุไฟฟ้ำในสำยอำกำศ แต่มีรูปแบบกำร เคลื่อนท่ีซบั ซอ้ นกวำ่ อำจถือไดว้ ำ่ แสงอำทิตยม์ ีแนวของสนำมไฟฟ้ำในแนวดิ่งและแนวระดบั ดงั รูป เมื่อแสงท่ีมี สนำมไฟฟ้ำในแนวระดบั กระทบโมเลกุลของอำกำศ อิเลก็ ตรอนจะเคล่ือนท่ีไปมำในแนวระดบั และใน ขณะเดียวกนั สนำมไฟฟ้ำในแนวด่ิง ก็จะทำให้อิเลก็ ตรอนในโมเลกุลของอำกำศเคล่ือนที่ไปมำในแนวด่ิง อิเลก็ ตรอนที่เคล่ือนที่ในแนวระดบั จะใหแ้ สงโพลำไรส์ในแนวระดบั ดงั รูป 18.23 ส่วนอิเลก็ ตรอนที่เคลื่อนท่ีใน แนวด่ิงจะให้แสงโพลำไรส์ในแนวด่ิง (ไม่ไดแ้ สดงในรูป) เรำสำมำรถตรวจสอบแสงโพลำไรส์น้ีได้ โดยใหผ้ ู้

7 สงั เกตมองทอ้ งฟ้ำผำ่ นแผน่ โพลำรอยด์ แลว้ หมุนแผน่ โพลำรอยดไ์ ปรอบๆ จะพบวำ่ ควำมสวำ่ งของแสง เปล่ียนไป แสดงวำ่ แสงจำกทอ้ งฟ้ำส่วนหน่ึงมีแสงโพลำไรส์ปนอยดู่ ว้ ย ควำมรู้เรื่องโพลำไรเซชนั ของแสง ไดน้ ำไปใชใ้ นกำรผลิตแวน่ ตำโพลำรอยดเ์ พื่อช่วยลดปริมำณแสงสะทอ้ น จำกวตั ถมุ ำเขำ้ ตำ รวมท้งั มีกำรนำแผน่ โพลำรอยดไ์ ปใชก้ บั กลอ้ งถ่ำยรูป

8 แบบฝึ กหดั 1.เมื่อนำโพลำรอยด์ 2 แผน่ วำงซอ้ นกนั โดยใหแ้ กนของแผน่ ท้งั สองต้งั ฉำกกนั ส่องดูแสงไมโ่ พลำไรซห์ ลงั แผน่ ท่ี 2 พบวำ่ ไม่มีแสงผำ่ นออกมำเลย ถำ้ ตอ้ งกำรใหม้ ีแสงบำงส่วนลอดออกมำไดค้ วรนำแผน่ โพลำรอยดแ์ ผน่ ท่ี 3 วำงไวท้ ี่ใด 1. หนำ้ แผน่ ที่ 1 โดยทีแกนไมข่ นำนกบั แกนของแผน่ ท่ี 1 หรือแผน่ ท่ี 2 2. ระหวำ่ งแผ่นท้งั สอง โดยท่ีแกนไม่ขนำนกบั แกนของแผน่ ท่ี 1 หรือแผ่นท่ี 2 3. ระหวำ่ งแผน่ ท้งั สอง โดยที่แกนทำมมุ ใด ๆ ก็ไดก้ บั แผน่ ท่ี 1 4. หลงั แผน่ ที่ 2 โดยท่ีแกนทำมุมใด ๆ ก็ไดก้ บั แผน่ ท่ี 2 2.ปรำกฏกำรณ์ในขอ้ ใดที่อธิบำยไดว้ ำ่ คล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟ้ำเป็นคลื่นตำมขวำง 1. โพลำไรเซชนั 2. กำรหกั เหของแสง 3. กำรกระเจิงของแสง 4. กำรแทรกสอดของแสง 3.ทำไมคล่ืนเสียงจึงไมม่ ีกำรโพลำไรเซชน่ั 1.เพรำะเสียงเป็ นคลื่นตำมยำว 2. เพรำะเสียงมีหนำ้ คล่ืนป็นทรงกลม 3. เพรำะเสียงเป็นคล่ืนกลท่ีอำศยั ตวั กลำงในกำรเคล่ือนที่ 4. เพรำะเสียงมีอตั รำเร็วไม่คงที่มีคำ่ เปลี่ยนแปลงตำมอณุ หภูมิของตวั กลำง

9 4.น้ำมนั ท่ีลอยอยบู่ นผิวน้ำ เรำจะมองเห็นสีตำ่ งๆเน่ืองจำกเกิด 1. กำรสะทอ้ นและกำรหกั เห 2.กำรสะทอ้ นและกำรเล้ียวเบน 3.กำรสะทอ้ นและกำรแทรกสอด 4. กำรสะทอ้ นและโพลำไรเซชนั 5.สนำมแม่เหลก็ ท่ีมำพร้อมกบั กำรเคล่ือนที่ของแสงน้นั จะมีทิศทำง 1. ขนำดกบั ทิศทำงของกำรเคล่ือนท่ีของแสง 2.ขนำดกบั สนำมไฟฟ้ำ แต่เฟสต่ำงกนั 90 องศำ 3.ต้งั ฉำกกบั สนำมไฟฟ้ำ และทิศทำงกำรเคล่ือนท่ีของแสง 4. ต้งั ฉำกกบั สนำมไฟฟ้ำ แตข่ นำนกบั ทิศทำงกำรเคลื่อนที่ของแสง

10 เฉลยแบบฝึ กหดั 1. ตอบ 2 2. ตอบ 1 3. ตอบ 1 4. ตอบ 3 5.ตอบ 3