คลื่นไมโครเวฟ

Microwave คลื่นไมโครเวฟ จัดทำโดย นางสาวศรุดา นิสเรศ เลขที่ 23 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6/1

คำนำ สมุดเล่มเล็กนี้ จัดทำขึ้นเพื่อเป็นส่วนหนึ่ งของรายวิชาฟิสิกส์ เพื่อให้ศึกษา หาความรู้ในเรื่องคลื่นไมโครเวฟ ความหมายของคลื่น ไมโครเวฟ คุณสมบัติของคลื่นไมโครเวฟ หลักการทำงานและปล่อย คลื่นไมโครเวฟ รูปแบบการดูดซับคลื่นไมโครเวฟเข้าสู่อาหารและ ข้อควรระวังเกี่ยวกับความปลอดภัยทางรังสีและแบบฝึกหัดท้ายบท เพื่อให้ได้ศึกษาอย่างเข้าใจและเป็นประโยชน์ ต่อการศึกษา ผู้จัดทำหวังว่าการจัดทำสมุดเล่มเล็กเล่มนี้ จะมีข้อมูลที่เป็น ประโยชน์ ต่อผู้ที่ได้ศึกษา ผู้จัดทำ นางสาวศรุดา นิ สเรศ

สารบัญ หน้ า คลื่ นไมโครเวฟ 1 1.ความหมายของคลื่ นไมโครเวฟ 2 2.คุณสมบัติของคลื่ นไมโครเวฟ 3.หลักการทำงานและปล่อยคลื่ นไมโครเวฟ 3 4.รูปแบบการดูดซับคลื่ นไมโครเวฟเข้าสู่อาหาร 5.ข้อควรระวังเกี่ยวกับความปลอดภัยทางรังสี 4 แ บ บ ฝึ ก หั ด ท้ า ย บ ท 5 เฉลย 6 7

คลื่นไมโครเวฟ (MICROWAVE) คลื่นไมโครเวฟ (MICROWAVE) เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (ELECTROMAGNETIC WAVE) ความถี่สูงชนิ ดหนึ่ งที่สายตาไม่ สามารถมองเห็นได้ แต่สามารถวัดได้โดยใช้เครื่องมือเฉพาะเท่านั้น และเป็ นคลื่ นแม่ เ หล็ กไฟฟ้ าเ ช่นเ ดี ยวกั นคลื่ นแสงอัลตราไวโอเ ลต (ULTRAVIOLET) คลื่นรังสีเอ๊กซ์ และคลื่นรังสีแกมมา เป็นต้น แต่มี ความถี่คลื่นน้ อยกว่า คลื่นไมโครเวฟมีความยาวคลื่นในช่วง 1 MM ถึง 1 M มีความถี่ของช่วงคลื่นในช่วง 300 MHZ ถึง 300 GHZ ซึ่งมีความถี่ คลื่นสูงสุดประมาณ 2,450 ล้านรอบ/วินาที โดยมีใช้ทางอุตสาหกรรมที่ ความถี่ในช่วง 915 – 2,450 MHZ ส่วนคลื่นความถี่ไมโครเวฟที่เหลือจะ สงวนไว้ใช้ในการวิจัย แ ล ะ ง า น อื่ น ๆ 1

คุ ณสมบัติ ของคลื่ นไมโครเวฟ 1.การสะท้อนกลับ (REFLECTION) คลื่ นไมโครเวฟเ มื่ อวิ่งกระทบกั บวัสดุ ที่ เ ป็ นโลหะหรือส่ วนที่ มี องค์ ประกอบของโลหะ คลื่นจะไม่สามารถวิ่งทะลุผ่านโลหะได้ และจะสะท้อน กลับทั้งหมด ดังนั้น อาหารที่ถูกหุ้มด้วยภาชนะดังกล่าวจะไม่เกิดการสุก 2.การส่งผ่าน (TRANMISSION) คลื่นไมโครเวฟเมื่อวิ่งกระทบกับวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ ได้แก่ แก้ว พลาสติก กระดาษ เซรามิก และไม้ เป็นต้น คลื่นจะสามารถทะลุผ่านได้ ดั้งนั้น วัสดุเหล่านี้ จึงนิ ยมใช้เป็นภาชนะสำหรับรองหรือห่อหุ้มอาหารเข้าตู้ ไมโครเวฟ 3.การดูดซับ (ADSORPTION) คลื่นไมโครเวฟเมื่อวิ่งกระทบกับวัสดุที่มีน้ำหรือความชื้นภายใน คลื่นจะ เกิดบางส่วนจะถูกดูดซับเอาไว้ ทำให้โมเลกุลของน้ำดูดซับพลังงานคลื่น และเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนเอาไว้จนเกิดความร้อนตามมา รวม ถึงการเคลื่อนที่ของโมเลกุลน้ำ ซึ่งทำให้เกิดความร้อนเช่นกัน ทั้งนี้ คลื่น ไมโครเวฟหลังถูกดูดซับจะสลายตัวทันที ไม่มีการตกค้างในอาหาร คลื่ นไมโครเวฟกั บผลกระทบต่ อร่างกายมนุษย์ 1.ผลต่อเลนส์ตา ทำให้เลนส์ตาระบายความร้อนได้น้ อย อาจเป็น ต้อกระจก 2.ผลต่อเชื้ออสุจิ อาจทำให้เชื้ออสุจิตาย เชื้ออสุจิผิดปกติ และกลายเป็น หมันชั่วคราว 3.ผลต่อศรีษะ ทำให้มีอาการปวดศีรษะ มึนงง หรือเมื่อยล้า 4.ผลต่อหัวใจ ทำให้หัวใจเต้นเร็วหรือเต้นผิดจังหวะ 5.ผลต่อกระดูก ทำให้กระดูกผิดรูปร่าง โดยเฉพาะกระดูกที่กำลัง เจริญพัฒนา 2

หลั กการทำงานและปล่ อยคลื่ นไมโครเวฟ การทำงานของเตาไมโครเวฟนั้น ทำหน้ าที่เป็นเตาที่สร้างคลื่น ไมโครเวฟจากพลังงานไฟฟ้ามาทำให้อาหารร้อน ไมโครเวฟที่ใช้กัน ทั่วไปเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ราว 2.45 GHZ (2.45 X 109 เฮิรตซ์) หรือความยาวคลื่นราว 12.2 เซนติเมตร มีการสลับขั้วไปมาถึง 2.45 พันล้านครั้งในหนึ่ งวินาที ความแรงของคลื่นไมโครเวฟถูกกำหนด จากความเข้มหรือพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ เวลาที่มีสนามแม่เหล็กและไฟฟ้า ก็จะทำให้อนุภาคที่เป็นประจุไฟฟ้าของมวลสารของสิ่งที่อยู่ภายในเตา อบวิ่งกลับไปกลับมาตามทิศทางของสนามไฟฟ้า หากเป็นโลหะจะทำ หน้ าที่คล้ายสายอากาศรับคลื่นและสามารถทำให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น มากในโลหะนั้น ที่ถือว่าอยู่ในย่านความถี่ที่สามารถสั่นโมเลกุลของ อาหาร โดยเฉพาะส่วนที่มีน้ำ ไขมัน และน้ำตาลเป็นองค์ประกอบจะถูก ดูดซับพลังงานของคลื่นที่ผ่านเข้าไปแล้วทำให้อาหารนั้นร้อนขึ้น ใน กระบวนการที่เรียกว่า การเกิดความร้อนในสารไดอีเล็กตริก (DIELECTRIC HEATING) เนื่ องจากโมเลกุลส่วนใหญ่นั้นเป็นโมเลกุล ที่มีขั้วไฟฟ้า คือ มีประจุบวก และ ประจุลบที่ขั้วตรงกันข้าม เมื่อคลื่น ไมโครเวฟ ซึ่งเป็นสนามไฟฟ้าผ่านเข้าไป โมเลกุลเหล่านี้ ก็จะถูกเหนี่ ยว นำและหมุนขั้วเพื่อปรับเรียงตัวตามสนามไฟฟ้าของคลื่น และคลื่นนี้ เป็นสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงสลับไปมาจึงส่งผลให้โมเลกุลเหล่านี้ หมุน กลับไปมาทำให้เกิดความร้อนขึ้น ในอาหารที่มีน้ำเป็นองค์ประกอบอย่าง สม่ำเสมอผลที่เกิดขึ้นสามารถเข้าไปได้ลึก ราว 2.5-3.8 เซนติเมตร และในอาหารที่มีองค์ประกอบไม่สม่ำเสมอต้องการวิธีการเฉพาะในการ ทำให้ร้อน ตัวอย่างเช่นโดนั ทไส้แยม หรือพายไก่ อาหารบางชนิ ด บาง ส่วนจะสุก บางส่วนไม่สุกส่วนอาหารแช่แข็งอาจจะยังแข็งตัวอยู่ถ้าไม่ นำออกมาทิ้งไว้ให้น้ำแข็งละลายก่อน 3

รู ปแบบการดู ดซั บคลื่ นไมโครเวฟเข้าสู่ อาหาร 1. IONIC POLARIZATION IONIC POLARIZATION เป็นการเกิดความร้อนที่เป็นผลมาจากผล ของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลในสารละลาย เมื่อเข้าไปอยู่ในสนามไฟฟ้า แต่ละโมเลกุลซึ่งมีประจุไฟฟ้าประจำตัวจะถูกกระตุ้น และเร่งให้มีการ เคลื่อนที่ จึงทำให้เกิดการเสียดสีกับโมเลกุลอื่นๆ และเกิดการเปลี่ยน พลังงานจลน์ ให้กลายเป็นพลังงานความร้อน จากนั้น เกิดการกระจาย ความร้อนไปสู่ส่วนอื่นๆต่อไป การเกิดความร้อนแบบนี้ จะเกิดขึ้นภายใน เซลล์ แล้วค่อยแพร่มายังด้านนอก 2. DIPOLE ROTATION DIPOLE ROTATION เป็นการเกิดความร้อนกับวัสดุที่มีสารประกอบมี ขั้วเป็นองค์ประกอบ ซึ่งหมายถึงน้ำเป็นส่วนประกอบนั่นอง โดย ธรรมชาติน้ำที่อยู่ในวัสดุจะเรียงตัวประจุบวก และลบบนโมเลกุลอย่าง ไม่มีระเบียบ แต่เมื่อโมเลกุลเหล่านั้นถูกกระทบกับคลื่นไมโครเวฟแล้ว ประจุเกิดการเคลื่อนที่ และจัดเรียงมีระเบียบขึ้น และหากมีการสลับ สนามแม่เหล็กไฟฟ้า ประจุเหล่านั้นก็จะเคลื่อนที่กลับทิศตามการ เปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นกัน และเกิดการวิ่งสลับเป็น หลายล้านครั้ง/วินาที จนส่งผลทำให้เกิดเป็นความร้อนขึ้นมาภายใน อาหารตามมา ในการใช้ไมโครเวฟอาหารจะเกิดความร้อนได้เมื่อกระทบ กับคลื่นไมโครเวฟ ดังนั้น การที่คลื่นไมโครเวฟจะทะลุเข้าไปในชิ้น อาหารมากก็นั บว่าเป็นการดีที่จะทำให้เกิดความร้อนอย่างทั่วถึง ธรรมชาติของไมโครเวฟนั้น เมื่อกระทบกับสารประกอบไดอิเล็กทริกก็ จะเกิดความร้อนขึ้นแล้ว พลังงานก็จะลดลงอย่างรวดเร็ว อาหารใดมีค่า LOSS FACTOR สูงก็จะให้ความร้อนสูงตามไปด้วย แต่ในขณะเดียวกัน พลังงานในการเจาะทะลุเข้าไปในชิ้นอาหารก็จะยิ่งลดลง จึงทำให้ผ่าน ทะลุเข้าไปได้ในระยะสั้นๆ นอกจากนี้ พบว่า คลื่นความถี่ไมโครเวฟที่ต่าง กันจะทะลุผ่านไปในชิ้นอาหารได้ระยะที่ต่างกันด้วย เช่น คลื่นไมโครเวฟ ที่มีความถี่ 915 MHZ จะทะลุผ่านเข้าไปในชิ้นอาหารได้ลึกกว่าคลื่น ไมโครเวฟที่มีความถี่ 2,450 MHZ 4

ข้อควรระวังเกี่ยวกับความปลอดภัยทางรังสี การใช้เตาไมโครเวฟควรปฏิบัติตามคู่มือหรือคำแนะนำของผู้ผลิตและ ข้ อ ค ว ร ร ะ วัง เ พื่ อ ค ว า ม ป ล อ ด ภั ย ดั ง นี้ ไม่ควรแก้ไขหรือขัดขวางการทำงานของระบบล็อค (NTERLOCKING DEVICE ) ไม่ควรใช้เตาไมโครเวฟโดยไม่มีจานรองที่ได้รับมาจากผู้ผลิต ยกเว้นในกรณี ที่คู่มือการใช้งานระบุให้ใช้ภาชนะอื่นได้ ไม่เปิดใช้เตาไมโครเวฟโดยไม่มีสิ่งของอยู่ภายใน ซึ่งจะดูดกลืนคลื่น ไมโครเวฟ เช่น อาหาร หรือน้ำ ยกเว้นในกรณี ที่คู่มือการใช้งานระบุ ให้ทำได้ ขณะที่เปิดประตูของเตาไมโครเวฟ ไม่ควรวางหรือทิ้งน้ำหนั กของที่ มีน้ำหนั กมาก เช่น ภาชนะบรรจุอาหารไว้ที่ประตูของเตา ทำความสะอาดภายในเตา ประตูและขอบประตูด้วยน้ำหรือน้ำยา ทำความสะอาดแบบอ่อน ไม่ควรใช้แผ่นใยขัดในการทำความสะอาด ให้คำแนะนำที่ถูกต้องแก่เด็กในการใช้เตาไมโครเวฟ บางครั้งอาหารหรือของเหลวอาจจะมีความร้อนสูงมาก (SUPER- HEAT) เกินกว่าจุดเดือดตามธรรมชาติ ของเหลวที่มีความร้อนสูง มากนี้ จะเดือดอย่างรุนแรงทันทีที่มีการกระเทือนหรือทำการคนหลัง จากที่นำออกจากเตา ควรใช้ความระมัดระวัง โดยอาจจะใช้ฝาปิด อาหารหรือของเหลว หรือปล่อยให้เย็นลงก่อนจะนำออกจากเตา เมื่อละลายอาหารแช่แข็งด้วยเตาไมโครเวฟ ควรทำให้น้ำแข็ง ล ะ ล า ย ทั่ว ทั้ง ห ม ด ก่ อ น นำ ม า ป รุ ง อ า ห า ร ไม่ควรใช้เตาไมโครเวฟในการฆ่าเชื้อ (STERILIZE) ขวดนมหรือ ภาชนะบรรจุอาหารของเด็กทารก อาหารที่ปรุงด้วยเตาไมโครเวฟ ควรนำมาคนหรือทิ้งไว้สักครู่ก่อนรับ ประทาน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ควรระมัดระวังเมื่อใช้ในการอุ่นขวด นมเด็ก ขวดแก้วที่เราจับอาจจะรู้สึกว่าไม่ร้อน แต่นมภายในขวด อาจจะร้อนมาก มีรายงานกรณี ที่เด็กทารกได้รับบาดเจ็บสาหัสจาก การดื่มนมที่นำออกมาจากเตาไมโครเวฟ เพื่อป้องกันปัญหาเหล่านี้ จึงไม่ควรอุ่นอาหารเด็กทารกด้วยเตาไมโครเวฟ 5

แบบฝึกหัดท้ายบท 1.คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิ ดมีคุณสมบัติที่เหมือนกันคือข้อใด ก.หักเหได้เท่ากัน ข.เลี้ยวเบนได้เท่ากัน ค.แทรกสอดได้เท่ากัน ง.มีความเร็วเท่ากับแสง 2.เมื่อนั กบินอวกาศขึ้นไปบนดวงจันทร์สามารถพูดคุยกับคนที่อยู่บน โลกได้ จะต้องใช้คลื่นชนิ ดใด ก. คลื่ นในน้ำ ข. คลื่ นวิทยุ ค. คลื่ นไมโครเ วฟ ง.รีงสีเอกซ์ 3.อันตรายจากรังสีใดที่พอเหมาะอาจทำให้หัวใจหยุดเต้นได้ ก.รังสีเอ็กซ์ ข.รังสีอินฟราเรด ค.รังสีอัลตราไวโอเลต ง.ไมโครเวฟ 4.เหตุที่ใช้ไมโครเวฟแทนคลื่นวิทยุในระบบโทรคมนาคม เพราะเหตุใด ก. คลื่ นวิทยุ สะท้ อนง่ายเ กิ นไป ข. ความยาวคลื่ นของคลื่ นวิทยุ สั้นกว่า ค.ไมโครเวฟมีอำนาจทะลุผ่านได้ดีกว่า ง. คลื่ นวิทยุ ถู กผสมกั บคลื่ นอื่ นในบรรยากาศได้ ง่าย 5. คลื่ นแม่ เหล็ กไฟฟ้ าสามารถเ กิ ดได้ จากข้อใด ก.นิ วตรอน ข.อิเล็กตรอน ค.สนามแม่เหล็ก ง.สนามไฟฟ้า 6

เฉลย 1.คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิ ดมีคุณสมบัติที่เหมือนกันคือข้อใด ก.หักเหได้เท่ากัน ข.เลี้ยวเบนได้เท่ากัน ค.แทรกสอดได้เท่ากัน ง.มีความเร็วเท่ากับแสง 2.เมื่อนั กบินอวกาศขึ้นไปบนดวงจันทร์สามารถพูดคุยกับคนที่อยู่บน โลกได้ จะต้องใช้คลื่นชนิ ดใด ก. คลื่ นในน้ำ ข. คลื่ นวิทยุ ค. คลื่ นไมโครเ วฟ ง.รีงสีเอกซ์ 3.อันตรายจากรังสีใดที่พอเหมาะอาจทำให้หัวใจหยุดเต้นได้ ก.รังสีเอ็กซ์ ข.รังสีอินฟราเรด ค.รังสีอัลตราไวโอเลต ง.ไมโครเวฟ 4.เหตุที่ใช้ไมโครเวฟแทนคลื่นวิทยุในระบบโทรคมนาคม เพราะเหตุใด ก. คลื่ นวิทยุ สะท้ อนง่ายเ กิ นไป ข. ความยาวคลื่ นของคลื่ นวิทยุ สั้นกว่า ค.ไมโครเวฟมีอำนาจทะลุผ่านได้ดีกว่า ง. คลื่ นวิทยุ ถู กผสมกั บคลื่ นอื่ นในบรรยากาศได้ ง่าย 5. คลื่ นแม่ เหล็ กไฟฟ้ าสามารถเ กิ ดได้ จากข้อใด ก.นิ วตรอน ข.อิเล็กตรอน ค.สนามแม่เหล็ก ง.สนามไฟฟ้า 7