บทที่ 18 แม่เหล็กไฟฟ้า.docx

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

คำนำ สมดุ เล่มเลก็ เล่มน้ีเป็นส่วนหน่ึงของรำยวชิ ำฟิ สิกส์ มีเน้ือหำเกี่ยวกบั โพลำไรเซชนั่ ของแสง(polarization) มี วตั ถปุ ระสงคจ์ ดั ทำข้ึนเพื่อใหผ้ ทู้ ่ีสนใจเก่ียวกบั โพลำไรเซชน่ั ของแสงไดศ้ ึกษำหำควำมรู้ไดง้ ำ่ ย สมุดเลม่ น้ีจึงเกิด มำพร้อมกบั ควำมต้งั ใจของผเู้ ขยี นท่ีจะทำใหผอู้ ่ำนไดเ้ ขำ้ ใจเน้ือหำของเน้ือหำวิชำฟิ สิกส์ในเร่ืองของโพลำไร เซชนั่ ของแสงไดง้ ่ำยและรวดเร็วที่สุด ส่วนทำ้ ยของสมดุ เล่มน้ียงั มีแบบฝึกหดั พร้อมเฉลยที่แสดงวิธีคิดเอำไวใ้ ห้ ผอู้ ่ำนตรวจคำตอบเมื่อทำแบบฝึกหดั เสร็จ ผจู้ ดั ทำหวงั เป็นอยำ่ งยงิ่ วำ่ ผลงำนในชิ้นน้ีจะเป็นประโยชน์ตอ่ ผทู้ ่ีสนใจจะศึกษำเป็นอยำ่ งมำก หำกผิดพลำด ประกำรใดผจู้ ดั ทำขออภยั มำ ณ ท่ีน้ีดว้ ย นำงสำว ชุติมำ รอดพ่ำย ผจู้ ดั ทำ

สำรบญั เรื่อง คานา สารบัญ โพลาไรเซช่ันของแสง -โพลาไรเซซันโดยการสะท้อน -โพลาไรเซชันโดยการหักเห -โพลาไรเซชันโดยการกระเจงิ ของแสง แบบฝึ กหดั เฉลยแบบฝึ กหัด

โพลาไรเซชันของแสง(polarization) คล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟ้ำท่ีส่งออกมำจำกสำยอำกำศโทรทศั น์เป็นคล่ืนโพลำไรส์เพรำะสนำมไฟฟ้ำเปลี่ยนทิศกลบั ไป มำในแนวเดียวกนั เสมอ แสงก็เป็นคล่ืนแมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำ แหลง่ กำเนิดคลื่นแสงโดยทว่ั ไปเช่น ดวงอำทิตย์ หลอดไฟ จะปล่อยคลื่นแมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำ (คลื่นแสง) ซ่ึงสนำมไฟฟ้ำมีทิศต้งั ฉำกกบั ทิศกำรเคล่ือนที่ของคล่ืนเสมอ ไมว่ ำ่ คล่ืนจะอยู่ ณ ตำแหน่งใด แตส่ นำมไฟฟ้ำของแสงท่ีส่งออกมำจำกดวงอำทิตยม์ ีทิศต่ำงๆกนั มำกมำย ก. ทิศของสนำมไฟฟ้ำของคลื่นแสงจำกแหล่งกำเนิดแสงปรำกฏทิศทำงต่ำงๆกนั ข. กำรรวมสนำมไฟฟ้ำให้อยใู่ นแกน y และแกน z รูป 18.18 แสงไม่โพลำไรส์

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 จะเปล่ียนแปลงกลบั ไปมำในแนวขนำนกบั แกน z ดงั น้นั เรำ สำมำรถแทนแสงไม่โพลำไรส์ดว้ ยลูกศรสองอนั ในแตล่ ะแกน ดงั รูป 18.18 ข. จะเห็นวำ่ แสงไมโ่ พลำไรส์ สำมำรถแยกใหเ้ ป็นแสงโพลำไรส์ในสองทิศทำงได้ โดยเป็นแสงที่โพลำไรส์ซ่ึงมีระนำบกำรเปลี่ยนแปลง กลบั ไปมำในแนว y และเป็นแสงโพลำไรส์ซ่ึงมีระนำบกำรเปล่ียนแปลงกลบั ไปกลบั มำในแนวแกน z และ โดยเฉล่ียแลว้ แอมพลิจูดของ ในแนวท้งั สองจะเท่ำกนั อยำ่ งไรก็ตำม แสงในรูป 18.18 ข. เป็นแสงไมโ่ พ-ลำ ไรส์ แผน่ โพลำรอยด์เป็นแผน่ พลำสติกที่มีโมเลกุลของพอลิไวนิลแอลกอฮอล์ (polyvinyl alcohol) ฝังอยใู่ นเน้ือ พลำสติกและแผน่ พลำสติกถกู ยดึ ใหโ้ มเลกลุ ยำวเรียงตวั ในแนวขนำนกนั เม่ือแสงผำ่ นแผน่ โพลำรอยด์ สนำมไฟฟ้ำที่มีทิศต้งั ฉำกกบั แนวกำรเรียงตวั ของโมเลกลุ จะผำ่ นแผน่ โพลำรอยดอ์ อกไปได้ ส่วนสนำมไฟฟ้ำที่ มีทิศขนำนกบั แนวกำรเรียงตวั ของโมเลกุลจะถูกโมเลกลุ กลืนต่อไป จะเรียกแนวท่ีต้งั ฉำกกบั แนวกำรเรียงตวั ของ โมเลกลุ น้ีวำ่ ทิศของโพลำไรส์ ดงั น้นั สรุปไดว้ ำ่ 1. แสงที่สนำมไฟฟ้ำมีทิศขนำนกบั ทิศของโพลำไรส์ สำมำรถผำ่ นแผน่ โพลำรอยดไ์ ด้ 2. แสงที่สนำมไฟฟ้ำมีทิศต้งั ฉำกกบั ทิศของโพลำไรส์ จะถูกแผน่ โพลำรอยดด์ ูดกลืน เมื่อแสงไม่โพลำไรส์ผำ่ นแฟ่ นโพลำรอยด์ สนำมไฟฟ้ำของแสงไม่โพลำไรส์ที่มีทิศต้งั ฉำกกบั ทิศของโพลำไรส์ จะถูกดูดกลืน ส่วนสนำมไฟฟ้ำท่ีมีทิศขนำนกบั ทิศของโพลำไรส์ จะผำ่ นแผน่ โพลำรอยดอ์ อกมำดงั รูป 18.19 ดงั น้นั แสงท่ีผำ่ นแผน่ โพลำรอยดอ์ อกมำเป็นแสงโพลำไรส์ในแนวด่ิง รูป 18.19 แสงไมโ่ พลำไรส์ผำ่ นแผน่ โพลำรอยดจ์ ะไดแ้ สงโพลำไรส์

รูป 18.20 แสงไมโ่ พลำไรส์ไมส่ ำมำรถผำ่ นแผน่ โพลำรอยดส์ องแผน่ ท่ีมีทิศของโพรำไรส์ต้งั ฉำกกนั เม่ือใหแ้ สงไม่โพลำไรส์ผำ่ นแผน่ โพลำรอยดส์ องแผน่ ท่ีวำงขนำนกนั ขณะหมุนแผน่ โพลำรอยดแ์ ผ่นท่ีหน่ึง ควำมสวำ่ งของแสงที่ผำ่ นแผ่นโพลำรอยดแ์ ผน่ ท่ีสองจะเปล่ียนไป ควำมสวำ่ งของแสงจะมำกท่ีสุด เม่ือทิศของ โพลำไรส์ของแผ่นโพลำรอยดท์ ้งั สองอยขู่ นำนกนั และควำมสวำ่ งจะนอ้ ยที่สุด เม่ือทิศของโพลำไรส์ของแผน่ โพ ลำรอยดท์ ้งั สองต้งั ฉำกกนั ดงั รูป 18.20 (ถำ้ แผ่นโพลำรอยดม์ ีคุณภำพดีมำก จะไม่มีแสงผำ่ นออกมำเลย) - ถำ้ ตอ้ งกำรทรำบวำ่ แสงมีโพลำไรเซชนั หรือไม่ จะมีวธิ ีตรวจสอบไดอ้ ยำ่ งไร จำกรูป 18.20 ทำใหท้ รำบวำ่ แสงท่ีสะทอ้ นจำกผวิ วตั ถุโดยมีมมุ ตกกระทบพอเหมำะเป็นแสงโพลำไรส์ เพรำะทิศ ของสนำมไฟฟ้ำของแสงโพลำไรส์มีทิศกำรเปล่ียนแปลงกลบั ไปมำในแนวเดียว เมื่อหมุนแผน่ โพลำรอยดใ์ น จงั หวะท่ีทิศของโพลำไรส์ขนำนกบั ทิศกำรเปล่ียนแปลงกลบั ไปมำของสนำมไฟฟ้ำ แสงกผ็ ำ่ นออกมำทำใหเ้ ห็น สวำ่ ง แต่ถำ้ ทิศท้งั สองต้งั ฉำกกนั แสงจะถกู ดูดกลืนทำใหเ้ ห็นมืด สำหรับแสงไม่โพลำไรส์ท่ีผำ่ นแผน่ โพลำรอยด์ ซ่ึงหมนุ ครบรอบ ควำมสวำ่ งไมเ่ ปลี่ยนแปลง

โพลาไรเซซันโดยการสะท้อน เมื่อแสงไมโ่ พลำไรส์ผำ่ นแผน่ โพลำรอยดจ์ ะออกมำเป็นแสงโพลำไรส์ ซ่ึงกลำ่ วไดว้ ำ่ เป็นกำรทำแสงโพลำไรส์ โดยใชว้ ธิ ีดูดกลืนแสง ยงั มีวิธีอ่ืนอีกท่ีใหแ้ สงโพลำไรส์ คือ กำรสะทอ้ นแสง เม่ือใหแ้ สงไม่โพลำไรส์ตกกระทบ ผวิ วตั ถุ เช่น แกว้ น้ำ หรือกระเบ้ือง แสงสะทอ้ นจะเป็นแสงโพลำไรส์ เม่ือแสงทำมมุ ตกกระทบเป็นคำ่ เฉพำะคำ่ หน่ึง รูป 18.21 แสงสะทอ้ นเป็นแสงโพลำไรส์ พิจำรณำรูป 18.21 แสงไมโ่ พลำไรส์ตกกระทบผิวแกว้ แสงตกกระทบประกอบดว้ ยสนำมไฟฟ้ำสองสนำมต้งั ฉำกกนั คอื สนำมไฟฟ้ำท่ีขนำนกบั ผิวแกว้ แทนดว้ ยสัญลกั ษณ์ • และสนำมไฟฟ้ำที่ต้งั ฉำกกบั ผิวแกว้ แทนดว้ ย ลูกศรสองหวั จำกกำรศึกษำพบวำ่ ถำ้ เลือกมมุ ตกกระทบ ที่ทำใหแ้ สงสะทอ้ นทำมมุ 90 องศำ กบั แสงหกั เห ในแท่งแกว้ แลว้ แสงสะทอ้ นจะเป็นแสงโพลำไรส์ซ่ึงมีสนำมไฟฟ้ำขนำนกบั ผวิ แกว้ เรียกมมุ ตกกระทบ น้ี วำ่ มุมโพลำไรส์ (polarizing angle) มุมบรูสเตอร์(Brewster’s angle)

โพลาไรเซชันโดยการหักเห เม่ือแสงผำ่ นเขำ้ ไปในแกว้ แสงจะเคล่ือนที่ดว้ ยอตั รำเร็วเท่ำกนั ทกุ ทิศทำง เพรำะแกว้ มีดรรชนีหกั เหเพียงค่ำ เดียว แต่เม่ือแสงผำ่ นเขำ้ ไปในผลึกแคลไซตห์ รือควอตซ์ แสงจะมีอตั รำเร็วไมเ่ ทำ่ กนั 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 ยลกู ศรและจุด รังสีท่ี แทนดว้ ยจุด เรียกวำ่ รังสีธรรมดำ (ordinary ray) มีอตั รำเร็วเท่ำกนั ทกุ ทิศทำง รังสีท่ีแทนดว้ ยลกู ศร เรียกวำ่ รังสี พเิ ศษ (extraordinary ray) มีอตั รำเร็วในผลึกต่ำงกนั ในทิศที่ต่ำงกนั รูป 18.22 แสงโพลำไรส์โดยกำรหกั เหสองแนว

โพลาไรเซชันโดยการกระเจงิ ของแสง เม่ือแสงอำทิตยผ์ ำ่ นเขำ้ มำในบรรยำกำศของโลก แสงจะกระทบโมเลกลุ ของอำกำศหรืออนุภำคในบรรยำกำศ อิเลก็ ตรอนในโมเลกุลจะดูดกลืนแสงที่ตกกระทบน้นั และจะปลดปล่อยแสงน้นั ออกมำอีกคร้ังหน่ึงในทุก ทิศทำง ปรำกฏกำรณ์น้ีเรียกว่ำ กำรกระเจิงของแสง ซ่ึงไดศ้ ึกษำมำแลว้ ในบทเรียนเร่ืองแสง โดยศึกษำผลของกำร กระเจิงที่ทำใหเ้ ห็นทอ้ งฟ้ำเป็นสีตำ่ งๆ รูป 18.23 แสงโพลำไรส์จำกกำรกระเจิงของแสง จำกรูป 18.23 แสงอำทิตยซ์ ่ึงเป็นแสงไม่โพลำไรส์กระทบโมเลกุลของอำกำศ สนำมไฟฟ้ำของแสงจะทำให้ อิเลก็ ตรอนในโมเลกุลเคลื่อนท่ี คลำ้ ยกบั กำรเคล่ือนที่กลบั ไปมำของประจุไฟฟ้ำในสำยอำกำศ แต่มีรูปแบบกำร เคลื่อนท่ีซบั ซอ้ นกวำ่ อำจถือไดว้ ำ่ แสงอำทิตยม์ ีแนวของสนำมไฟฟ้ำในแนวด่ิงและแนวระดบั ดงั รูป เมื่อแสงที่มี สนำมไฟฟ้ำในแนวระดบั กระทบโมเลกลุ ของอำกำศ อิเลก็ ตรอนจะเคล่ือนท่ีไปมำในแนวระดบั และใน ขณะเดียวกนั สนำมไฟฟ้ำในแนวดิ่ง ก็จะทำให้อิเลก็ ตรอนในโมเลกุลของอำกำศเคลื่อนที่ไปมำในแนวดิ่ง อิเลก็ ตรอนท่ีเคลื่อนที่ในแนวระดบั จะใหแ้ สงโพลำไรส์ในแนวระดบั ดงั รูป 18.23 ส่วนอิเลก็ ตรอนที่เคลื่อนท่ีใน แนวด่ิงจะใหแ้ สงโพลำไรส์ในแนวดิ่ง (ไม่ไดแ้ สดงในรูป) เรำสำมำรถตรวจสอบแสงโพลำไรส์น้ีได้ โดยใหผ้ ู้

สังเกตมองทอ้ งฟ้ำผำ่ นแผน่ โพลำรอยด์ แลว้ หมุนแผน่ โพลำรอยดไ์ ปรอบๆ จะพบวำ่ ควำมสวำ่ งของแสง เปล่ียนไป แสดงวำ่ แสงจำกทอ้ งฟ้ำส่วนหน่ึงมีแสงโพลำไรส์ปนอยดู่ ว้ ย ควำมรู้เร่ืองโพลำไรเซชนั ของแสง ไดน้ ำไปใชใ้ นกำรผลิตแวน่ ตำโพลำรอยดเ์ พ่ือช่วยลดปริมำณแสงสะทอ้ น จำกวตั ถุมำเขำ้ ตำ รวมท้งั มีกำรนำแผ่นโพลำรอยดไ์ ปใชก้ บั กลอ้ งถ่ำยรูป

แบบฝึ กหดั 1.เม่ือนำโพลำรอยด์ 2 แผน่ วำงซอ้ นกนั โดยใหแ้ กนของแผน่ ท้งั สองต้งั ฉำกกนั ส่องดูแสงไมโ่ พลำไรซ์หลงั แผน่ ท่ี 2 พบวำ่ ไมม่ ีแสงผำ่ นออกมำเลย ถำ้ ตอ้ งกำรใหม้ ีแสงบำงส่วนลอดออกมำไดค้ วรนำแผน่ โพลำรอยดแ์ ผน่ ท่ี 3 วำงไวท้ ี่ใด 1. หนำ้ แผน่ ที่ 1 โดยทีแกนไมข่ นำนกบั แกนของแผน่ ที่ 1 หรือแผน่ ที่ 2 2. ระหวำ่ งแผ่นท้งั สอง โดยท่ีแกนไม่ขนำนกบั แกนของแผน่ ที่ 1 หรือแผ่นท่ี 2 3. ระหวำ่ งแผน่ ท้งั สอง โดยที่แกนทำมุมใด ๆ กไ็ ดก้ บั แผน่ ท่ี 1 4. หลงั แผน่ ที่ 2 โดยท่ีแกนทำมุมใด ๆ กไ็ ดก้ บั แผน่ ที่ 2 2.ปรำกฏกำรณ์ในขอ้ ใดที่อธิบำยไดว้ ำ่ คล่ืนแมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำเป็นคล่ืนตำมขวำง 1. โพลำไรเซชนั 2. กำรหกั เหของแสง 3. กำรกระเจิงของแสง 4. กำรแทรกสอดของแสง 3.ทำไมคล่ืนเสียงจึงไม่มีกำรโพลำไรเซชนั่ 1.เพรำะเสียงเป็ นคล่ืนตำมยำว 2. เพรำะเสียงมีหนำ้ คล่ืนป็นทรงกลม 3. เพรำะเสียงเป็นคลื่นกลท่ีอำศยั ตวั กลำงในกำรเคล่ือนท่ี 4. เพรำะเสียงมีอตั รำเร็วไมค่ งที่มีค่ำเปลี่ยนแปลงตำมอุณหภูมิของตวั กลำง

เฉลยแบบฝึ กหดั 1. ตอบ 2 2. ตอบ 1 3. ตอบ 1