หน่วยที่ 3 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

85 หนว่ ยท่ี 3 คลนื่ แม่เหลก็ ไฟฟา้ แนวคิด ปัจจุบันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเข้ามามีบทบาทกับอุปกรณ์หรือเครื่องใช้ไฟฟ้าเป็นอย่างมาก รวมถึง ด้านการส่อื สารทไี่ รส้ าย เชน่ โทรศพั ทเ์ คล่ือนท่ี โทรทศั น์ วิทยุทพ่ี ัฒนามาจากความรเู้ รอื่ งคลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟ้า ซึ่งจัดเป็นคลื่นชนิดหนึ่งไม่ต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่ เกิดจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถเคลื่อนที่ไปได้โดยไม่ต้องอาศัยตัวกลาง มีหลายความถี่ ซึ่งเรียกคล่ืน แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ เหลา่ นว้ี ่า “สเปกตรัมของคลื่นแมเ่ หลก็ ไฟฟ้า” สาระการเรียนรู้ 3.1 ความหมายของคล่ืนแมเ่ หลก็ ไฟฟ้า 3.2 การเกดิ คลืน่ แม่เหล็กไฟฟ้า 3.3 สเปกตรมั คลนื่ แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ จุดประสงค์เชิงพฤตกิ รรม 1. นักศึกษาบอกความหมายของคลนื่ แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ไดอ้ ย่างถกู ตอ้ ง 2. นักศกึ ษาอธิบายการเกดิ คล่นื แมเ่ หล็กไฟฟา้ ไดอ้ ยา่ งถูกต้อง 3. นักศึกษาอธบิ ายสเปกตรัมคลนื่ แม่เหลก็ ไฟฟ้าได้อย่างถูกตอ้ ง 4. นกั ศึกษาคำนวณปรมิ าณทเ่ี กยี่ วกับคล่นื แม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างถูกตอ้ ง 5. นักศึกษาอธิบายการนำคลนื่ แมเ่ หลก็ ไฟฟ้าแตล่ ะชนิดไปใช้ประโยชนไ์ ด้

86 ผงั มโนทศั น์

87 3.1 ความหมายของคลน่ื แม่เหล็กไฟฟา้ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ( Electromagnetic wave ) เป็นคลื่นชนิดหนึ่งที่ไม่ต้องใช้ตัวกลาง ในการเคลื่อนที่ ซึ่งเกิดจากการเหนี่ยวนำอย่างต่อเนื่องระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ทำให้ สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหลก็ เคล่ือนท่ีออกจากแหลง่ กำเนิดคลืน่ แม่เหล็กไฟฟ้ายังเคลื่อนที่ไปในสุญญากาศ ด้วยอัตราเร็วเท่ากับอัตราเร็วของแสง โดยทิศทางของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กจะตั้งฉากกัน ขณะเดียวกันทิศทางของสนามทั้งสองจะตัง้ ฉากกับทิศทางของความเรว็ ในการเคล่ือนท่ีของสนามแม่เหลก็ ไฟฟ้าคลืน่ แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ จึงเปน็ คลน่ื ตามขวาง ลกั ษณะของคลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟ้า ดังภาพท่ี 3.1 ภาพท่ี 3.1 คลื่นแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ทีม่ า : www.myfirstbrain.com ( สืบคน้ เม่อื 25 ก.พ. 2559 ) เจมส์ คลาร์ค แมกซ์เวลล์ ( James Clerk Maxwell ) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ได้นำเสนอกฎ และทฤษฎีต่าง ๆ เกี่ยวกับไฟฟ้าและแม่เหล็กในรูปของสมการคณิตศาสตร์ และยังเสนอความคิดว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความถี่ช่วงหนึ่ง และได้รับการยืนยันว่าเป็นจริงโดยการทดลองของ ไฮน์ริค รูดอร์ฟ เฮิรตซ์ ( Heinrich Rudolf Hertz ) นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน ในปี ค.ศ. 1871 การทดลองของเฮิรตซ์ สนับสนุนทฤษฎีคลื่นแมเ่ หลก็ ไฟฟ้าของแมกซเ์ วลล์ และได้ผลสรุปว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีอัตราเร็วเท่ากับ ความเรว็ แสงในสุญญากาศ คือ 3  108 เมตรต่อวินาที ใชส้ ญั ลักษณ์ c แทนอัตราเร็วแสงในสุญญากาศ ดังสมการ c = f .................3.1 เม่อื c แทน อัตราเรว็ แสงในสุญญากาศ เทา่ กับ 3  108 เมตรต่อวินาที f แทน ความถ่ี หนว่ ยเปน็ เฮิรตซ์ แทน ความยาวคล่นื หน่วยเปน็ เมตร 

88 แพลงค์ ( Max Karl Ernst Ludwig Planck ) ผ้เู สนอแนวความคิดว่า คล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟ้าหรือแสง เป็นพลังงานรูปใดรูปหนึ่งและพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีส่วนสัมพันธ์กับความถี่และความยาวคลื่น โดยพลงั งานหาไดจ้ าก E = h .................3.2 จากสมการท่ี 3.1 คา่ f =  จะได้ c .................3.3 = .................3.4 λ แทนคา่ สมการที่ 3.3 ลงในสมการที่ 3.2 E= hc  เมือ่ E แทน พลังงานของคลน่ื แมเ่ หล็กไฟฟ้า หน่วยเป็น จลู h แทน คา่ คงที่ของแพลงค์ มีคา่ เท่ากบั 6.63  10-34 จลู วินาที  แทน ความถ่คี ลนื่ แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ หน่วยเปน็ เฮริ ตซ์ c แทน อตั ราเร็วแสงในสุญญากาศ เทา่ กับ 3  108 เมตรต่อวินาที แทน ความยาวคลืน่ หน่วยเป็น เมตร  ตัวอยา่ งที่ 1 คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้าคล่นื หนึ่งมีความยาวคลื่น 450 นาโนเมตร จะมคี วามถเี่ ทา่ ไร วิธีทำ จาก c = f 3  108 m/s = (450  10-9 m) f f = 6.67  1014 Hz ตอบ คล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟา้ มคี วามถี่ 6.67  1014 เฮิรตซ์ ตวั อย่างที่ 2 สเปกตรมั ของแสงสีเขียวมคี วามยาวคลืน่ 500 นาโนเมตร จะมพี ลงั งานเท่าใด วธิ ีทำ จาก E = hc  = (6.63 10-34 Js)(3 108 m / s) (500 10-9 m) = 3.98  10-19 J ตอบ แสงสีเขียวมพี ลงั งาน 3.98  10-19 จูล

89 3.2 การเกิดคลน่ื แม่เหล็กไฟฟ้า ก าร เปลี ่ ย น แปลง สน ามแม่ เหล็ ก และ สน ามไ ฟ ฟ ้ าพ ร ้ อ มก ั น และ ต่ อ เน ื ่ อ งจะ เป็ น ผล ทำให้เกิด การเหนี่ยวนำสนามไฟฟ้าและสนามแมเ่ หลก็ แผ่ออกไปเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟา้ ด้วยความเรว็ เท่ากับความเร็ว แสงในสุญญากาศ การแผ่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเปรียบได้กับการแผ่กระจายของคล่ืนน้ำที่แผ่ ออกจากจุดที่กระทุ่มน้ำ โดยสมมติให้ลวดตัวนำคู่หนึ่งเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นที่ต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า กระแสสลับ สมมตวิ ่ามีเพียงประจุเดียวอยู่ท่ลี วดตัวนำแต่ละเส้น แหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับทำให้ประจุ บวกและลบเคลื่อนที่ในตัวกลับไปกลับมา เป็นผลให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแผ่ออกมา ซึ่งการเคลื่อนที่ ของประจุที่ถูกเร่ง ทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแผ่ออกจากลวดตัวนำทุกทิศทาง ยกเว้นทิศที่อยู่ในแนว เสน้ ตรงเดียวกับลวดตวั นำนั้น เป็นการเกดิ คลนื่ แมเ่ หล็กไฟฟ้าตามหลักของแมกซเ์ วลล์ 3.2.1 การเปล่ียนแปลงสนามไฟฟา้ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดจาการเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้าทำให้สนามแม่เหล็กเกิดการเปลี่ยนแปลง ต่อเนื่องกันไป มีทิศทางการเคลื่อนที่ตั้งฉากกับสนามทั้งสอง การหาทิศทางสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำ เมื่อสนามไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงจากกฎมือขวา โดยใช้หัวแม่มือขวาชี้ทิศทางการเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้า นิ้วมือที่กำรอบสนามไฟฟ้าบอกทิศทางสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำ เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้า และสนามแมเ่ หล็กอยา่ งตอ่ เนอ่ื ง จะทำใหเ้ กิดคลื่นแมเ่ หลก็ ไฟฟ้าในทศิ ทางตั้งฉาก ดงั ภาพที่ 3.2 E B ภาพที่ 3.2 ทิศทางของคล่นื แม่เหล็กไฟฟ้าจากกฏมือขวา ท่มี า : http://sdfamilyscience.org/em/right_hand_rule.html ( สืบค้นเมือ่ 26 ก.พ. 2559 ) 3.2.2 การเปล่ียนแปลงสนามแมเ่ หลก็ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดจากการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กทำให้สนามไฟฟ้าเกิดการเปลี่ยนแปลง ต่อเนื่องกันไป โดยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีทิศทางการเคลื่อนที่ตั้งฉากกับสนามทั้งสอง การหาทิศทางของ สนามไฟฟ้าเหนี่ยวนำ เม่ือมีการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็ก ใช้กฎมือซ้ายโดยใช้หัวแม่มือชี้ทิศทาง การเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กและนิ้วที่กำรอบสนามแม่เหล็กจะชี้สนามไฟฟ้าเหนี่ยวนำ จะทำให้เกิด คล่ืนแมเ่ หล็กไฟฟ้าในทิศทางตง้ั ฉาก ดังภาพที่ 3.3

90 B E ภาพท่ี 3.3 ทิศทางของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากกฏมอื ซ้าย ทีม่ า : http://sdfamilyscience.org/em/right_hand_rule.html ( สืบค้นเมอื่ 26 ก.พ. 2559 ) 3.2.3 การเคลอ่ื นทข่ี องประจุไฟฟา้ เคลอื่ นที่กลับไปกลับมา ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์และการทดลองของเฮิรตซ์ทำให้ทราบว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดจาก การเคล่อื นที่แบบฮาร์มอนิกส์อย่างง่ายของประจไุ ฟฟ้าในสายอากาศที่ต่อกับแหลง่ กำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ เม่ือตอ่ แหลง่ กำเนดิ ไฟฟา้ กระแสสลับเข้ากับสายอากาศทอ่ี ยู่ในแนวด่งิ ประจไุ ฟฟ้าในสายอากาศจะเคลื่อนที่ กลับไปกลับมาด้วยความเร่งในแนวดิ่ง ประจุไฟฟ้าที่มีความเร่งจะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมารอบตัว จงึ ทำให้เกิดคลืน่ แมเ่ หล็กไฟฟา้ กระจายออกมาจากสายอากาศทุกทิศทาง ยกเวน้ ทศิ ทางท่ีอยใู่ นแนวเส้นตรง เดยี วกบั สายอากาศ ดังภาพ 3.4 _ t=0 t= T 4 t= T 2 t = 3T 4 t=T ภาพท่ี 3.4 การเกิดคล่นื แมเ่ หล็กไฟฟ้าเนอ่ื งจากจดุ ไฟฟา้ เคลื่อนท่กี ลบั ไปกลับมาในสายอากาศและ สนามไฟฟ้าเคลอื่ นท่ีจากสายอากาศดว้ ยความเร็วแสง ท่ีมา : http://www.myfirstbrain.com/student_view.aspx?id=76375 ( สืบคน้ เม่อื 26 ก.พ. 2559 )

91 จากภาพท่ี 3.4 สายอากาศซึ่งเป็นท่อนโลหะสองท่อนต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ถ้าความต่างศักย์เปลี่ยนแปลงกับเวลาในรูปไซน์ จะทำให้ประจุไฟฟ้าในสายอากาศเคลื่อนที่กลับไปกลับมา ใปนรทะ่อจุนไฟโลฟห้าะบทวกั้งสมอางกแทลี่สะุดจะสม่วีนคลทื่น่อแนมโล่เหหละ็กบไนฟไฟด้้รากับรปะรจะาจยุไอฟอฟก้ามลาบโมดายกรทอบี่สุดทที่เวำลใหา้เกt ิด=ส0นาทม่อไนฟโฟล้าหะEล่าซงไึ่งดม้รีคับา่ มากที่สุดและมีทิศทางพุ่งขึ้นที่จุด P เมื่อเวลาผ่านไป สนามไฟฟ้าจะลดลงทำให้สนามไฟฟ้าที่เกิด ในสายอากาศมีค่าลดลงด้วย ในขณะเดียวกันสนามไฟฟ้าที่มีค่ามากที่สุด ณ เวลา t = 0 จะเคลื่อนท่ี ณ) ขเณวละานt้ีสน=ามT4ไฟ(ฟT้าทแท่ีจุดน จากสายอากาศดว้ ยอัตราเร็ว c เทา่ กับอัตราเร็วแสง และเมอื่ ประจุไฟฟ้าเปน็ กลาง คาบซ่ึงเป็นเวลาท่ีประจไุ ฟฟ้าในท่อนโลหะท้ังสองเคลื่อนที่กลับไปกลับมาครบรอบ P จะลดลงเปน็ ศูนย์ T เมือ่ เวลาผ่านไป t = 2 ท่อนโลหะบนจะมีประจุไฟฟ้าบวกมากที่สุด และท่อนโลหะล่างจะมีประจุ ไฟฟ้าลบมากที่สุด สนามไฟฟ้าที่จุด P จึงมีค่ามากที่สุดและมีทิศทางพุ่งลง หลังจากนั้นประจุไฟฟ้า ในทอ่ นโลหะจะลดน้อยลง สนามไฟฟ้าทเ่ี กิดขน้ึ ใกล้กับสายอากาศจะมีค่าน้อยลงเชน่ กนั ขณะท่ีสนามไฟฟ้า T ที่มีค่ามากทสี่ ุด ณ เวลา t = 2 จะเคล่ือนท่อี อกจากสายอากาศดว้ ยอัตราเร็วเดียวกบั แสง ต่อมาเมื่อถึงเวลา t 3T = 4 ประจุไฟฟ้าในท่อนโลหะทั้งสองเป็นกลางอีกทำให้สนามไฟฟ้าใกล้กับ สายอากาศเปน็ ศูนยอ์ ีกที่จุด P เมื่อเวลาของการเคล่ือนทกี่ ลับไปกลับมาของประจุไฟฟ้าครบรอบ คือ t = T จะได้สนามไฟฟ้าดังภาพที่ 4.4 สนามไฟฟ้าจึงจะเกิดขึน้ ตามกระบวนการซ้ำเดิม เมื่อประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ ครบรอบเสมอ สนามแม่เหล็กจะถูกเหนี่ยวนำให้เกิดขึ้นทันทีที่มีสนามไฟฟ้าเกิดขึ้น สนามทั้งสอง จะมีการเปลย่ี นแปลงด้วยเฟสตรงกนั ถา้ สนามไฟฟา้ เปน็ ศนู ย์สนามแมเ่ หลก็ จะเป็นศูนยด์ ้วย 3.3 สเปกตรัมคลน่ื แมเ่ หล็กไฟฟา้ สเปกตรัมคล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้า ( Electromagnetic spectrum ) คือ ชว่ งความถ่ีหรอื ความยาวคล่ืน ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟา้ ตา่ ง ๆ กัน ดังภาพท่ี 3.5  ความถที่ ่เี พ่มิ ขนึ้ (v) 1024 1022 1020 1018 1016 1014 1012 1010 108 106 104 102 100 v (Hz) รงั สแี กมมา รังสีเอกซ์ รงั สี รงั สีอินฟราเรด ไมโครเวฟ FM AM คล่ืนวทิ ยคุ ลื่นยาว ยวู ี คลนื่ วทิ ยุ 10-16 10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 100 102 104 106 108  (m) ความยาวคลื่นที่เพม่ิ ขน้ึ () → สเปกตรมั แสง (Visible spectrum) 400 500 600 700 ความยาวคลืน่ ทเ่ี พมิ่ ขนึ้ () – นาโนเมตร → ภาพที่ 3.5 สเปกตรมั ของคลนื่ แมเ่ หล็กไฟฟา้ ท่มี า : http://www.space.mict.go.th/knowledge.php?id=spectroscopy ( สบื คน้ เมือ่ 26 ก.พ. 2559 )

92 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในธรรมชาติและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มนุษย์สร้างขึ้นเพื่อประโยชน์ ในการดำรงชีวติ น้ัน มคี วามถี่และความยาวคลื่นต่าง ๆ กัน จำแนกได้ 8 ชนิด ดงั น้ี 3.3.1 คล่ืนวทิ ยุ คลื่นวิทยุมีความถี่อยูใ่ นช่วง 106 ถึง 109 เฮิรตซ์ ใช้ประโยชน์ในการส่งข่าวสารและสาระบันเทงิ ไปยังผู้รับ คลื่นวิทยุทำหน้าที่เป็นคลื่นพาหะ โดยการนำสัญญาณไฟฟ้าผสมกับคลื่นวิทยทุ ี่เกิดจากอุปกรณ์ ทางอิเล็กทรอนิกส์หลายชนิดรวมกัน เรียกว่า วงจรออสซิลเลเตอร์ ( Oscillator circuit ) จากนั้นคลื่นที่ ผสมจะถูกขยายให้มีกำลังสูงขึ้นส่งไปยังอากาศโดยเสาส่งที่มีความสูงสู่เครื่องรับ ลักษณะของคลื่นวิทยุ ดงั ภาพท่ี 3.6 ภาพที่ 3.6 ลกั ษณะของคล่ืนวิทยุ ทีม่ า : http://www.vcharkarn.com/lesson/1037 ( สืบคน้ เม่อื 26 ก.พ. 2559 ) การผสมสัญญาณไฟฟ้ากับคลื่นวิทยุ แบ่งได้ 2 ประเภท คือ ระบบเอเอ็ม ( AM : Amplitude modulation ) และระบบเอฟเอ็ม ( FM : Frequency modulation ) 1. ระบบเอเอ็ม เป็นคลื่นวิทยุช่วงความถี่ตั้งแต่ 530 กิโลเฮิรตซ์ ถึง 1700 กิโลเฮิรตซ์ เป็นการรวมสัญญาณไฟฟ้าที่มาจากไมโครโฟนที่ทำหน้าที่เปลี่ยนสัญญาณเสียงเป็นสัญญาณไฟฟ้าเข้ากับ คลื่นวิทยุที่ทำหน้าที่เป็นคลื่นพาหะ และสัญญาณไฟฟ้าของเสียงจะบังคับให้แอมพลิจูดของคลื่นพาหะ เปลีย่ นแปลงไป ดงั ภาพที่ 3.7 ภาพท่ี 3.7 การส่งคล่นื วิทยุระบบเอเอ็ม ทม่ี า : http://www.thaigoodview.com/node/128997 ( สบื คน้ เมื่อ 26 ก.พ. 2559 )

93 เมื่อคลื่นวิทยุผสมสัญญาณไฟฟ้าของเสียงกระจายออกมาจากสายอากาศไปยังเ ครื่องรับวิทยุ เครื่องรับวิทยุทำหน้าที่แยกสัญญาณไฟฟ้าของเสียง ( ซึ่งอยู่ในรูปของสัญญาณไฟฟ้า ) ออกจากสัญญาณ คล่นื วทิ ยุ แล้วขยายใหม้ แี อมพลิจดู สูงขึ้น เพอ่ื ส่งใหล้ ำโพงแปลงสัญญาณไฟฟ้าของเสียงออกมาเป็นเสียงที่หู รบั ฟังได้ การกระจายเสียงของคลื่นวิทยุในระบบเอเอ็มออกอากาศนั้น ยังมีคลื่นที่มีช่วงความถี่ต่ำกว่า 530 กิโลเฮริ ตซ์ ซงึ่ เรียกว่า คลืน่ ยาว ( Long waves ) และสงู กว่าความถ่ี ถงึ 1700 กิโลเฮิรตซ์ ซึ่งเรียกว่า คลื่นสั้น ( Short waves ) การส่งระบบเอเอ็มเป็นการผสมคลื่นโดยให้แอมพลิจูดของคลื่นพาหะ เปลี่ยนแปลงสัญญาณไฟฟ้าของเสียง ขณะคลื่นวิทยุเคลื่อนที่ไปในชั้นบรรยากาศ เมื่อเจอปรากฏการณ์ ฟา้ แลบหรือฟ้าผา่ ซ่ึงสามารถทำให้เกิดคล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้าได้ คลืน่ ใหม่ทเ่ี กิดขึ้นจะรวมกับคลื่นวิทยุท่ีส่งมา ในระบบเอเอ็ม ทำให้เกิดสัญญาณรบกวนข้นึ 2. ระบบเอฟเอ็ม เป็นคลื่นวทิ ยุชว่ งความถตี่ ั้งแต่ 88 กิโลเฮริ ตซ์ ถึง 108 กิโลเฮริ ตซ์ เปน็ การรวม สัญญาณไฟฟ้าที่มาจากไมโครโฟนที่ทำหน้าที่เปลี่ยนสัญญาณเสียงเป็นสัญญาณไฟฟ้าเ ข้ากับคลื่นวิทยุ ที่ทำหน้าที่เป็นคลื่นพาหะ การรวมกันโดยการปรับความถี่ของคลื่นวิทยุให้เปลี่ยนแปลงตามความถ่ี ของสัญญาณไฟฟ้า ดังนั้นคลื่นวิทยุที่ส่งมายงั เครื่องรับจะมีความถี่เปลี่ยนแปลงในช่วงหนึ่งแตแ่ อมพลิจูดคงท่ี การสง่ คล่ืนวทิ ยรุ ะบบเอฟเอม็ ดงั ภาพที่ 3.8 ภาพที่ 3.8 การส่งคลืน่ วิทยรุ ะบบเอฟเอ็ม ท่ีมา : http://www.thaigoodview.com/node/128997 ( สบื ค้นเมื่อ 26 ก.พ. 2559 ) ระบบเอฟเอ็ม ใช้ย่านที่มีความถี่สูง เมื่อเคลื่อนที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ คลื่นจะทะลุ ผ่านไป ในระบบเอฟเอม็ จึงรับฟงั ได้เฉพาะคลน่ื พื้นดินและคลื่นตรงทสี่ ายอากาศรับสัญญาณได้ ดังนั้นระบบ เอฟเอ็มจะส่งคล่นื ไปไดไ้ กลจากสถานีเพยี งประมาณ 80 กิโลเมตร

94 3.3.2 คลื่นโทรทศั น์ คลื่นโทรทัศน์มีความถี่ประมาณ 108 เฮิรตซ์ เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงจึงไม่สะท้อน ทช่ี ั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ แตจ่ ะทะลผุ ่านช้นั บรรยากาศไปนอกโลก และเป็นคลน่ื ทมี่ ีความยาวคลื่นส้ัน ไม่สามารถเลี้ยวเบนอ้อมผ่านสิ่งกีดขวางขนาดใหญ่ได้ ดังนั้นการส่งคล่ืนโทรทศั น์ไปไกล ๆ จะต้องใช้สถานี ถ่ายทอดคลื่นเป็นระยะ ๆ เพื่อรับคลื่นโทรทัศน์จากสถานีส่งซึ่งมาในแนวเส้นตรง แล้วขยายให้สัญญาณ แรงขน้ึ ก่อนท่จี ะสง่ ไปยังสถานีทอ่ี ยถู่ ดั ไป สัญญาณไปไดไ้ กลสุดเพียงประมาณ 80 กิโลเมตรบนผวิ โลกเท่านั้น เนื่องจากสัญญาณเดินทางเป็นเส้นตรง จึงอาจใช้คลื่นไมโครเวฟนำสัญญาณจากสถานส่งไปยังดาวเทียม ซึ่งโคจรอยู่ในวงโคจรที่ตำแหน่งหยุดนิ่งเมื่อเทียบกับตำแหน่งหนึ่ง ๆ บนผิวโลก และดาวเทียมจะส่งคลื่น ต่อไปยังสถานีรับที่อยู่ไกล ๆ ได้ แต่อาจเกิดภาพซ้อนในจอภาพเนื่องจากคลื่นโทรทัศน์กระทบสิ่งกดี ขวาง แล้วสะท้อนไปแทรกสอดกับคลื่นที่ส่งมาจากสถานีก่อนเข้าเครื่องรับสัญญาณ ฉะนั้นเพื่อให้ได้ภาพคมชดั ปจั จุบนั จงึ นยิ มใชร้ ะบบสง่ สัญญาณโทรทัศนต์ ามสาย การสง่ คล่ืนโทรทัศน์ ดงั ภาพที่ 3.9 .. ภาพท่ี 3.9 การสง่ คลนื่ โทรทัศน์ระยะทางไกล ๆ ทมี่ า : http://www.myfirstbrain.com/student_view.aspx?id=76376 ( สืบคน้ เมอ่ื 26 ก.พ. 2559 ) 3.3.3 คลืน่ ไมโครเวฟ คล่นื ไมโครเวฟ ( Microwave ) เปน็ คลน่ื แมเ่ หล็กไฟฟา้ ทม่ี ีความยาวคลืน่ ตง้ั แต่ 10-3 ถงึ 0.3 เมตร โดยประมาณ หรืออยู่ในช่วงความถี่ต้ังแต่ 1  109 ถึง 3  1011 เฮิรตซ์ จัดเป็นคลื่นท่ีมีความถีม่ ากกว่า คลื่นวิทยุ มีความยาวคลื่นสั้น จึงถูกรบกวนได้ยาก ไม่สะท้อนกลับในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ และเม่ือคลน่ื ไปกระทบกับโลหะจะสะท้อนกลับได้ดี จึงมีการนำคลื่นไมโครเวฟมาใช้ประโยชน์ ไดแ้ ก่ เรด้าร์ ( Radio detection and ranging ) การสื่อสารผา่ นดาวเทียม และเตาไมโครเวฟ 1. เรดาร์ เป็นเครื่องมือตรวจหาวัตถุ โดยส่งคลื่นไมโครเวฟออกไป อาศัยหลักการสะท้อน ของคลื่น เมื่อคลื่นตกกระทบวัตถุตรง ๆ โดยเฉพาะวัตถุที่เป็นโลหะตัวนำไฟฟ้า คลื่นจะสะท้อนกลับมา เครื่องรับ ทำให้รู้ตำแหน่งของวัตถุนั้น ระบบเรดา้ ร์ มีเครื่องรับและเคร่ืองส่งอยูใ่ นเครื่องเดียวกัน หลักการ ทำงานของเรดา้ ร์ ดงั ภาพที่ 3.10

95 ภาพที่ 3.10 หลักการทำงานของเรดา้ ร์ ทม่ี า : http://www.telecom.kmitl.ac.th/alumni/jgw/www/radar/index.html ( สืบคน้ เมอื่ 26 ก.พ. 2559 ) 2. การสื่อสารผ่านดาวเทียม เป็นการส่งสัญญาณคลื่นไมโครเวฟผ่านดาวเทียมส่ือสาร มีข้อดี คือ สามารถรองรับข้อมูลจากหลายแหล่งได้จำนวนมากกว่าระบบสายและไม่ต้องเดินสายสัญญาณ แต่มี ข้อเสียคือ ช่องความถี่ของการสื่อสารมีจำกัดและคุณภาพสัญญาณอาจถูกกระทบโดยสภาวะของอากาศ และเมอื่ อยู่ไกลจะต้องติดตั้งจานในการรบั ชมโทรทัศน์ผ่านดาวเทียมซ่งึ มีค่าใช้จ่ายสูงกวา่ การรบั ชมโทรทัศน์ ระบบปกติ 3. เตาไมโครเวฟ เป็นอุปกรณ์เครื่องครัวชนิดหนึ่ง ให้ความร้อนกับอาหารโดยใช้ คลื่นไมโครเวฟหลักการทำงานอาศัยหลอดอิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่าแมกเนตรอน เป็นตัวกำเนิด คลื่นไมโครเวฟที่มีความยาวคลื่นประมาณ 12 เซนติเมตร มีความถี่ 2.45 จิกะเฮิรตซ์ เมื่อคลื่นไมโครเวฟ เข้าไปในอาหารที่มีโมเลกุลของน้ำเป็นองค์ประกอบอยู่ โดยปกติโมเลกุลของน้ำมีการจัดเรีย งตัว ไม่เป็นระเบียบ สนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะทำให้โมเลกุลของน้ำถูกคลื่นไมโครเวฟ เหวี่ยงไปกลับ 2,450 ล้านครั้งต่อนาที ทำให้เกิดการจัดเรียงตัวของโมเลกุลอย่างเป็นระเบียบ เกิดการส่ัน อย่างรวดเร็วทุกส่วนพร้อม ๆ กัน อย่างสม่ำเสมอ ทำให้เกิดความร้อนขึ้นอาหารจึงร้อนตามไปด้วย คลื่นไมโครเวฟมีความถี่สูง เป็นอันตรายหากถูกร่างกายของสิ่งมีชีวิต ดังนั้นการใช้งานควรระมัดระวัง และปฏิบตั ิตามคู่มือการใช้งาน ลักษณะของเตาไมโครเวฟ ดังภาพท่ี 3.11 ภาพที่ 3.11 ลกั ษณะของเตาไมโครเวฟ ท่มี า : http://www.manager.co.th ( สืบคน้ เมื่อ 26 ก.พ. 2559 )

96 3.3.4 รงั สีอนิ ฟราเรด ( Infrared ) รงั สอี นิ ฟราเรด เป็นคลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้าที่มีความถี่ในชว่ ง 1011 ถึง 1014 เฮริ ตซ์ หรอื ความยาวคล่ืน ตั้งแต่ 1 ถึง 1000 ไมโครเมตร สามารถแบ่งได้ 3 ช่วง คือ อินฟราเรดใกล้ ( 0.7 ถึง 1.5 ไมโครเมตร ) อินฟราเรดปานกลาง ( 1.5 ถึง 4.0 ไมโครเมตร ) และอินฟราเรดไกล ( 4.0 ถึง 1000 ไมโครเมตร ) รงั สีอินฟราเรดมยี ่านความถ่คี าบเก่ยี วกับคลน่ื ไมโครเวฟ วตั ถรุ อ้ นจะแผร่ ังสีอนิ ฟราเรดทม่ี ีความยาวคลื่นสั้น กว่า 100 ไมโครเมตร ประสาทสัมผัสทางผิวหนังของมนุษย์สามารถรับรังสีอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่น บางชว่ งได้ และฟิลม์ ถ่ายรูปบางชนิดสามารถตรวจจับรงั สอี นิ ฟราเรดได้ ตามปกติสง่ิ มชี ีวิตทุกชนิดจะแผ่รังสี อนิ ฟราเรดตลอดเวลา และรังสอี ินฟราเรดสามารถทะลุผ่านเมฆหมอกท่ีหนาทึบเกนิ กว่าแสงธรรมดาผ่านได้ จงึ มีการนำสมบัตนิ ี้ใช้ในการถ่ายภาพพน้ื โลกจากดาวเทียมเพือ่ ศกึ ษาการแปรสภาพของป่าไม้หรือการอพยพ ของฝูงสัตว์ ภาพถา่ ยโดยใช้รังสีอนิ ฟราเรด ดงั ภาพท่ี 3.12 ภาพที่ 3.12 ภาพถ่ายโดยใช้รังสีอินฟราเรด ทมี่ า : http://www.glogster.com ( สืบค้นเมอ่ื 26 ก.พ. 2559 ) รังสีอินฟราเรดสามารถนำมาใช้กับการควบคุมระยะไกลที่เรียกว่า รีโมทคอนโทรล ( Remote control ) เช่น การควบคุมการทำงานของเครือ่ งรับโทรทัศน์จากระยะไกล การเปดิ ปิดเคร่อื ง การเปลี่ยนช่อง เป็นต้น นอกจากนี้ในการทหารมีการนำรังสีอินฟราเรดมาใช้กับการควบคุมอาวุธนำวิถีให้เคลื่อนที่ไปยัง เปา้ หมายไดอ้ ย่างแม่นยำ ในปจั จุบนั มีการส่งสญั ญาณดว้ ยเสน้ ใยนำแสง ( Optical fiber ) โดยมคี ลนื่ ทีเ่ ปน็ พาหะนำสัญญาณ คือ รังสีอินฟราเรด เพราะการใช้แสงธรรมดานำสัญญาณอาจถูกรบกวนโดยแสงภายนอกได้ง่าย เส้นใย นำแสง ดังภาพที่ 3.13

97 ภาพท่ี 3.13 เส้นใยนำแสง ทมี่ า : http://remee.com/products.php?slug=fiber-optic-cables ( สืบคน้ เมื่อ 26 ก.พ. 2559 ) 3.3.5 แสง แสง เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่โดยประมาณตั้งแต่ 4  1014 ถึง 8  1014 เฮิรตซ์ หรือ มีความยาวคลื่นในช่วง 400 ถึง 700 นาโนเมตร ประสาทสัมผัสของมนุษย์ไวต่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ช่วงนีม้ าก วตั ถุทีม่ ีอณุ หภูมิสูงมาก ๆ เช่น ไส้หลอดไฟฟ้าทมี่ ีอุณหภูมิสูงสุดประมาณ 3000 เคลวิน หรือผิว ของดวงอาทติ ย์ทีม่ ีอณุ หภูมิประมาณ 6000 เคลวนิ จะเปล่งแสงได้ สำหรบั แสงที่มีความยาวคล่ืนประมาณ 700 นาโนเมตร ประสาทตาจะรับรูเ้ ปน็ แสงสีแดง ส่วนแสงสีทมี่ ีความยาวคล่นื น้อยกว่า ประสาทตาจะรับรู้ เป็นแสงสีส้ม เหลือง เขียว น้ำเงิน ตามลำดับ จนถึงสีม่วงซึ่งมีความยาวคลื่นประมาณ 400 นาโนเมตร เมื่อรวมแสงสีต่าง ๆ ที่กล่าวมาด้วยปริมาณที่เหมาะสมจะเป็นแสงขาว และเมื่อนำแสงขาวผ่านปริซึม และนำฉากไปรับจะมองเห็นแสงขาวแยกสเปกตรมั เปน็ สีตา่ ง ๆ เช่นกัน สลิต (Slit) คือ ช่องแคบเล็ก ๆ บนแผ่นวตั ถุทึบแสง เมื่อคลื่นแสงเคลือ่ นที่ผ่านช่องแคบ นี้จะเกดิ การเลี้ยวเบน สลิตที่มีจำนวนช่องมากโดยแต่ละช่องมีขนาดเท่ากัน และระยะห่างระหว่างช่องมีค่าน้อย และขนาดเท่ากัน เรียกว่า เกรตติง จำนวนช่องของเกรตติงมีได้ตั้งแต่ 10 ถึง 10,000 ช่องต่อความยาว 1 เซนติเมตร ลักษณะของแผ่นเกรตติง ดงั ภาพที่ 3.14 ภาพที่ 3.14 ลักษณะของแผ่นเกรตติง ท่มี า : http://snooker-chalida.blogspot.com/2011/01/grating.html ( สืบค้นเม่ือ 27 ก.พ. 2559 )

98 เมอ่ื แสงผ่านเกรตติงจะเกดิ การแทรกสอดกนั ตำแหนง่ ของแถบสว่างท้ังหลายเปน็ ไปตามสมการ dsinθ = nλ ( n = 1 2 3 … ) .................3.5 โดย d แทนความกว้างของแต่ละชอ่ งของเกรตติง เมื่อแสงผ่านเกรตติง จะเกิดการเลี้ยวเบนออกไปเป็นมุม  ต่างกัน เกิดลวดลายการเลี้ยวเบน ( Diffreaciton patterns ) หรือเรยี กว่า สเปกตรัม ( Spectrum ) สเปกตรัมของคล่นื แสง ดังตารางที่ 3.1 ตารางที่ 3.1 สเปกตรมั ของคลนื่ แสง ความถี่ ( 1014 เฮริ ตซ์ ) สี ความยาวคล่นื ( 10-7 เมตร ) 6.59 – 7.69 ม่วง 3.90 – 4.55 6.10 – 6.59 5.20 – 6.10 นำ้ เงิน 4.55 – 4.92 5.03 – 5.20 เขยี ว 4.92 – 5.77 4.82 – 5.03 เหลือง 5.77 – 5.96 3.84 – 4.82 สม้ 5.96 – 6.22 แดง 6.22 – 7.80 แสงส่วนใหญ่เกิดจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงมากและมีพร้อมกันหลายความถี่ เมื่ออุณหภูมิยิ่งสูง พลังงานของแสงที่มีความถี่สูงจะยิ่งมาก เปลวไฟจากเตาถ่านมีอุณหภูมิต่ำกว่าเปลวไฟจากเตาแก๊ส จึงมองเห็นแสงไฟจากเตาถ่านเป็นสีแดงมากกว่าเปลวไฟจากเตาแก๊ส ดาวฤกษ์สีน้ำเงินมีอุณหภูมิสูงกว่า ดาวฤกษ์สีแดง แต่แสงอาจเกิดโดยไม่ต้องอาศัยความร้อนโดยตรงก็ได้ เช่น แสงจากจอโทรทัศน์ แสงจาก หลอดฟลอู อเรสเซนต์ แสงจากหิงห้อย เป็นตน้ แสง นำมาใช้ประโยชน์ในการสื่อสาร เป็นคลื่นพาหะได้เช่นเดียวกับคลื่นวิทยุและคลื่นโทรทัศน์ แต่ไม่สามารถใช้แสงที่เกิดจากวัตถุร้อนเป็นคลื่นพาหะได้เพราะแสงเหล่านี้มีหลายความถี่และเฟส ที่ไม่แน่นอน ปัจจุบันมีเครื่องกำเนิดเลเซอร์ที่เป็นแหล่งกำเนิดแสงอาพันธ์ที่ให้แสงได้ โดยมีผู้ทดลอง ผสมสัญญาณเสยี งและภาพกับเลเซอร์ได้สำเร็จ นอกจากใช้เลเซอร์ในการสอื่ สารแล้ว ยังใชใ้ นวงการต่าง ๆ อย่างกวา้ งขวาง เช่น วงการแพทย์ใช้ในการผ่าตดั นยั นต์ า เปน็ ต้น เลเซอร์ เขียนภาษาอังกฤษว่า LASER ซึ่งย่อมาจาก Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ที่แปลเป็นภาษาไทยได้ว่า “การขยายสัญญาณแสง โดยการปล่อยรังสี แบบเร่งเร้า” เพราะแสงเลเซอร์เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ได้จากกระบวนการปล่อยรังสีแบบเร่งเร้า และสญั ญาณแสงถูกทำใหค้ วามเข้มแสงเพม่ิ มากขน้ึ ลกั ษณะของเลเซอร์ ดงั ภาพท่ี 3.15

99 ภาพท่ี 3.15 ลกั ษณะของเลเซอร์ ท่มี า : http://www.manager.co.th ( สืบคน้ เมื่อ 27 ก.พ. 2559 ) 3.3.6 รงั สีอัลตราไวโอเลต ( Ultra violet ) รังสีอัลตราไวโอเลต เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงกว่าแสง คือมีความถี่อยู่ในช่วง 1015 ถึง 1018 เฮิรตซ์ ความยาวคลื่นในช่วง 10 นาโนเมตร ถึง 400 นาโนเมตร หรืออาจเรียกว่ารังสีเหนือม่วง รังสอี ัลตราไวโอเลตทมี่ ใี นธรรมชาตสิ ่วนใหญ่มาจากดวงอาทติ ย์ และรงั สีนี้ทำให้ชน้ั บรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ มีประจุอิสระและไอออน เพราะรังสีอัลตราไวโอเลตมีพลังงานสูงพอทีจ่ ะทำใหอ้ ิเล็กตรอนหลุดจากโมเลกุล ของอากาศ โดยชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์มีโมเลกุลหลายชนิด เช่น โอโซนซึ่งสามารถก้ัน รังสีอัลตราไวโอเลตไดด้ ี ปกติรงั สีอลั ตราไวโอเลตไมส่ ามารถทะลุผ่านส่ิงกีดขวางที่หนาได้ แตส่ ามารถฆ่าเช้ือ โรคบางชนิดได้ ในวงการแพทย์จึงใช้รังสีอัลตราไวโอเลตในปริมาณพอเหมาะรักษาโรคผิวหนังบางชนิด แต่ถ้ารังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ส่งลงมาถึงพื้นโลกในประเทศใดมากเกินไป ประชากรในประเทศ นน้ั อาจเปน็ มะเร็งผิวหนังได้ ถ้าไดร้ บั รังสีนปี้ ริมาณมากเกินไป รงั สอี ัลตราไวโอเลตสามารถสรา้ งขน้ึ ได้จากการบรรจุแก๊สเฉื่อย และไอปรอทจำนวนเล็กน้อยเข้าไป ในหลอดสุญญากาศ แล้วต่อขั้วทั้งสองด้านของหลอดเข้ากับความต่างศักย์ไฟฟ้าสูง ๆ อิเล็กตรอนที่หลุด ออกมาจะวิ่งเข้าชนกับอะตอมของไอปรอท ทำให้อะตอมของไอปรอทปล่อยพลังงานออกมาในรูป ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ที่มีความถี่ในช่วงของรังสีอัลตราไวโอเลต ซึ่งนำมาใช้ประโยชน์มากมาย เช่น หลอดแบล็คไลท์ ใช้ในการฆา่ เชอื้ โรค การแสดง การตกแต่งหอ้ ง ตรวจสอบธนบัตร เปน็ ต้น รงั สอี ัลตราไวโอเลต แบ่งตามระดับพลังงานออกเป็นชว่ งต่าง ๆ ได้ 3 ชว่ ง คือรงั สอี ัลตราไวโอเลตเอ ( UV-A ) รงั สีอัลตราไวโอเลต บี ( UV-B ) และรังสอี ัลตราไวโอเลต ซี ( UV-C ) 1. รังสอี ัลตราไวโอเลต เอ เปน็ รังสอี ลั ตราไวโอเลตในชว่ งความยาวคล่นื 316 ถงึ 400 นาโนเมตร ไม่มีผลต่อสิ่งมีชีวิตมากนัก เพียงแค่แทรกเข้าไปในเนื้อของผิวหนังทำลายดีเอ็นเอของโปรตีนและไขมัน ทำให้เกดิ รอยเหี่ยวย่นบนผิวหนัง เปน็ รงั สีทมี่ มี ากถงึ ร้อยละ 75 ของแสงทีส่ ่องมายงั โลก

100 2. รังสีอัลตราไวโอเลต บี เปน็ รังสอี ัลตราไวโอเลตในช่วงความยาวคลื่น 280 ถึง 315 นาโนเมตร เป็นรังสีที่มีความถี่สูงกว่ารังสีอัลตราไวโอเลต เอ และเป็นรังสีที่มีอันตรายถ้ามีปริมาณของความเข้ม ของรังสีมาก มีผลทำให้ผิวหนังไหม้ เป็นผื่นแดงและยังส่งผลให้เมลานินผลิตเพิ่มมากขึ้น จึงทำให้ผิวหนัง เปลย่ี นเป็นสดี ำหรือน้ำตาลแดง 3. อลั ตราไวโอเลต ซี เปน็ รงั สีอลั ตราไวโอเลตทม่ี ีช่วงความยาวคลนื่ 100 ถึง 280 นาโนเมตร เป็นรังสีที่มีความถี่สูงสุด ซึ่งอันตรายมาก สามารถทำลายเนื้อเยื่อและทำให้เป็นมะเร็งได้ แต่รังสี อัลตราไวโอเลต ซี จะถูกดูดกลืนโดยชั้นบรรยากาศทั้งหมด ไม่พบบนพื้นโลก แต่ในอนาคตชั้นบรรยากาศ ถูกทำลายด้วยสารคลอโรฟลูออโรคาร์บอน ( Chlorofluorocarbon : CFC ) อาจทำให้รังสีชนิดนี้มาถึง บนพน้ื โลกไดจ้ นเป็นอนั ตรายตอ่ ส่ิงมชี ีวติ 4.3.7 รงั สีเอกซ์ ( X – ray ) รังสีเอกซ์ เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่อยู่ในช่วง 1017 ถึง 1021 เฮิรตซ์ หรือความยาวคลื่น อยู่ระหว่าง 10-13 ถึง 10-9 เมตร สามารถผลิตรังสีเอกซ์ได้จากการหน่วงความเร็วของอิเล็กตรอนโดยให้ กระแสอิเล็กตรอนชนเปา้ โลหะ การผลติ หลอดรงั สีเอกซม์ ีส่วนประกอบ 3 สว่ น ไดแ้ ก่ หลอดแกว้ ขัว้ ลบ ( Cathode ) และขั้วบวก ( Anode ) ลกั ษณะหลอดรังสีเอกซ์ ดังภาพที่ 3.16 ภาพท่ี 3.16 หลอดรังสเี อกซ์ ทม่ี า : https://sites.google.com/site/nuclearremotelaboratorypl/x-ray/generation-of-x-ray ( สบื ค้นเมอ่ื 27 ก.พ. 2559 )

101 หลอดแก้ว ทำดว้ ยแกว้ ไพเรกซ์ ภายในเป็นสญุ ญากาศเพอื่ ป้องกนั ไม่ให้อเิ ลก็ ตรอนทหี่ ลุดออกมาชน กับอนุภาคของแก๊ส ขั้วลบ ทำด้วยลวดทังสเตนซึ่งถูกเผาให้ร้อนด้วยไฟฟ้า ทำให้อิเล็กตรอนในอะตอม ของลวดได้รับพลังงานมากเพียงพอจึงถูกปลดปล่อยออกมาจากขั้วลบ โดยปริมาณรังสีเอกซ์จะขึ้นอยู่กับ จำนวนอิเล็กตรอนที่ถูกปลดปล่อยออกมา และขั้วบวก เป็นเป้าที่อิเล็กตรอนวิ่งเข้าชน ทำด้วยแผ่นโลหะ ทังสเตนหนาประมาณ 2 ถึง 3 มิลลิเมตร การที่เลือกใชท้ ังสเตนเป็นเป้าเพราะโลหะทังสเตนทนความร้อน ได้ดี มีจุดหลอดเหลวสูงถึง 3422 องศาเซลเซียส นอกจากนี้ทังสเตนยังมีคุณสมบัติในการดูดกลืน และคายความรอ้ นไดด้ ี เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเข้าไปในไส้หลอด ทำให้ขั้วลบร้อนขึ้น อิเล็กตรอนในขั้วลบที่ต่อกับ ความตา่ งศกั ยไ์ ฟฟา้ สงู ๆ จะมพี ลงั งานศักยไ์ ฟฟา้ มากข้นึ ทำให้อเิ ล็กตรอนหลดุ ออกจากข้วั ลบ วงิ่ เข้าชนเป้า ที่เป็นขั้วบวก อิเล็กตรอนเมื่อชนเป้าโลหะจะถูกหน่วงทำให้หยุด พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนสูญเสีย เปลีย่ นรปู เปน็ พลังงานคล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ความถส่ี งู เรยี กว่า รังสีเอกซ์ การเปลย่ี นรูปของพลงั งานในการเกิดรงั สีเอกซ์ เปน็ ดงั นี้ พลังงานศกั ย์ไฟฟ้า ( Ep ) พลังงานจลน์ ( Ek ) พลังงานคล่นื แม่เหล็กไฟฟ้า จะได้ Ep = Ek = E พิจารณาจากข้ัวลบไปข้วั บวก Ep = eV จากสมการที่ 4.4 E= hc Ep =  eV Ep = E .................3.6 eV = hc   = hc .................3.7 eV hc ค่าของ e เป็นค่าคงที่ ความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์จะแปรผกผันกับความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ใช้ใน การคำนวณ แทนคา่ hc แลว้ จะได้ e  = 1.24 10-6 .................3.8 V

102 เมอื่  แทน ความยาวคล่ืนของรงั สเี อกซ์ หน่วยเป็น เมตร V แทน ความตา่ งศักย์ไฟฟา้ หน่วยเปน็ โวลต์ รังสีเอกซ์สามารถทะลุผ่านสิ่งกีดขวางหนา ๆ ได้ ดังนั้นในวงการอุตสาหกรรมจึงใช้รังสีเอกซ์ ตรวจหารอยรา้ วภายในชิ้นส่วนโลหะขนาดใหญ่ เจ้าหน้าที่ด่านตรวจสามารถใช้รังสีเอกซ์ตรวจหาอาวุธปนื หรือวัตถรุ ะเบิดในกระเป๋าเดนิ ทางโดยไม่ต้องเปิดกระเป๋า โดยอาศยั หลกั การวา่ รังสีเอกซจ์ ะถกู ขวางก้ันโดย อะตอมของธาตุหนักได้ดีกว่าธาตุเบา นอกจากนี้แพทยย์ ังใช้วิธีฉายรังสีเอกซ์ผ่านร่างกายคนไปตกบนฟิลม์ เพอ่ื ตรวจดูลักษณะผิดปกติของอวัยวะภายในและกระดกู ภาพถา่ ยโดยใชร้ งั สีเอกซ์ ดังภาพท่ี 3.17 ภาพท่ี 3.17 ภาพถ่ายโดยใชร้ ังสีเอกซ์ ที่มา : http://t1.gstatic.com ( สบื ค้นเม่ือ 27 ก.พ. 2559 ) เมื่อฉายรังสีเอกซ์ที่มีความยาวคลื่นประมาณ 1 นาโนเมตร ผ่านผลึกที่อะตอมจัดเรียงตัวกัน อย่างเป็นระบบ รังสีเอกซ์ที่มีความยาวคลื่นใกล้เคียงกับขนาดและระยะห่างระหว่างอะตอมของผลึก เมอ่ื ผา่ นผลึกจะเกิดการเล้ียวเบนเช่นเดียวกับแสงเมอ่ื ผา่ นเกรตตงิ ทำใหส้ ามารถคำนวณหาระยะห่างระหว่าง อะตอมและลกั ษณะการจัดเรียงตัวของอะตอม จึงทำใหท้ ราบโครงสรา้ งของผลึกแต่ละชนดิ ได้ ตวั อยา่ งที่ 3 ในหลอดรงั สเี อกซ์ ทใี่ ชค้ วามต่างศกั ยไ์ ฟฟา้ 1000 โวลต์ ความยาวคลื่นของรังสเี อกซท์ ี่ออกมา มคี ่าเทา่ ใด วิธที ำ จาก  = 1.24 10-6 V = 1.24 10-6 1000V = 1.24 nm ตอบ ความยาวคลื่นของรังสีเอกซม์ คี ่าเทา่ กบั 1.24 นาโนเมตร

103 3.3.8 รงั สแี กมมา ( Gamma ray ) รังสีแกมมา เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงกว่ารังสีเอกซ์ แต่เดิมรังสีแกมมาเป็นชื่อเรียก คลน่ื แมเ่ หล็กไฟฟ้าความถี่สูงที่เกิดจากการสลายนิวเคลียสของธาตกุ ัมมันตรงั สี และยงั มรี ังสีแกมมาที่มาจาก อวกาศและรังสีคอสมกิ นอกโลก อนภุ าคประจุไฟฟ้าท่ีถูกเร่งในเครื่องเร่งอนุภาค สามารถกำเนิดรงั สีแกมมาได้ ในปัจจุบันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าใด ๆ ที่มีความถี่สูงกว่ารังสีเอกซ์โดยทั่วไปจะเรียกว่ารังสีแกมมา ปฏิกิริยา นวิ เคลียรบ์ างปฏิกิริยาปลดปล่อยรงั สีแกมมา การท่ีรังสีน้มี ีความถส่ี ูงจึงเปน็ อันตรายต่อส่งิ มชี วี ิตทุกชนดิ รังสีแกมมาเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูง ไม่เบี่ยงเบนเมื่อผ่านเข้าไปในสนามไฟฟ้าหรือ สนามแมเ่ หลก็ และมอี ำนาจทะลุทะลวงสงู มาก ตอ้ งใช้คอนกรตี หรอื แผน่ ตะกัว่ หนา ๆ ก้นั ปัจจุบนั มีการนำรงั สแี กมมามาประโยชนม์ ากมายหลายด้าน ดงั น้ี 1. ด้านการเกษตร นำมาใช้ในการปรับปรุงพันธุ์พืช โดยการนำเมล็ดพันธุ์มาอาบรังสีแกมมา เพื่อทำให้เกิดการกลายพนั ธุ์ การกำจัดแมลงศตั รูพืชโดยการอาบรังสีแมลงให้เป็นหมันเพื่อลดการกระจาย พันธุ์ การถนอมอาหารโดยการฉายรังสี ดงั ภาพท่ี 3.18 ภาพท่ี 3.18 ส้มไร้เมล็ดจากการอาบรังสแี กมมา ที่มา : http://www.nst.or.th/article/notes01/article007.htm ( สืบค้นเม่ือ 27 ก.พ. 2559 ) 2. ด้านอุตสาหกรรม นำรังสีแกมมามาใช้เป็นตวั เร่งให้เกิดปฏิกริ ิยาในการผลติ สารพอลเิ มอร์ ต่าง ๆ เพือ่ ช่วยปรับปรงุ สมบัตติ ่าง ๆ ของพอลเิ มอร์ใหด้ ีข้นึ เช่น ความแขง็ แรง ความเหนยี ว ความทนทาน ต่อสารเคมี เป็นต้น รังสีแกมมานำมาใช้ในการควบคุมความหนาของวัสดุในการผลิต เช่น แผ่นเหล็ก พลาสติก นอกจากน้ีมกี ารนำรงั สแี กมมามาใชใ้ นการปรับปรงุ คุณภาพอญั มณี โดยการนำอญั มณีไปฉายรังสี เพ่อื ใหผ้ ลกึ ของแรอ่ ัญมณีเปลีย่ นแปลงไป มีสสี วยงามเพ่ิมมูลคา่ ดงั ภาพที่ 3.19

104 ภาพท่ี 3.19 การใช้รังสีแกมมาในการควบคุมความหนาของแผน่ พลาสตกิ ทม่ี า : http://www.nst.or.th/article/notes01/article008.htm ( สบื คน้ เมอ่ื 27 ก.พ. 2559 ) 3. ด้านการแพทย์ นำรังสีแกมมามาใช้ในการรกั ษาโรคมะเรง็ โดยการฉายรงั สเี ขา้ ไปในบริเวณ ท่มี เี ซลมะเรง็ เพอ่ื ทำใหเ้ ซลมะเร็งตาย หรือฝงั แรเ่ ข้าไปในบรเิ วณทีม่ เี ซลมะเร็ง การนำรังสีแกมมาใช้วิเคราะห์ ทางการแพทยเ์ พื่อตรวจวนิ ิจฉัยโรค และการใชท้ ำความสะอาดเครอ่ื งมอื แพทย์ ดังภาพท่ี 3.20 ภาพที่ 3.20 การใช้รังสีแกมมาในการรักษาโรคมะเรง็ ที่มา : http://www.nst.or.th/article/notes01/article006.htm ( สืบค้นเมอ่ื 28 ก.พ. 2559 )