คลื่นแสง

ค ลื่นแสง light wave จัดทำโดย นางสาวนฤมล แซ่สง เลขที่31 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่6/1

คำนำ สมุดเล่มเล็กเล่มนี้จัดทำขึ้นเพื่อเป็นส่วนหนึ่งของวิชา ฟิสิกส์ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 เพื่อให้ได้ศึกษาหาความ รู้ในเรื่อง คลื่นแสง(light wave) และได้ศึกษา อย่างเข้าใจเพื่อเป็นประโยชน์กับการเรียน ผู้จัดทำ หวังว่าสมุดเล่มเล็กเล่มนี้จะเป็นประโยชน์กับผู้อ่าน หรือนักเรียน นักศึกษา ที่กำลังหาข้อมูลเรื่องนี้อยู่ หากมีข้อแนะนำหรือข้อผิดพลาดประการใด ผู้จัดทำ ขอน้อมรับไว้และขออภัยมา ณ ที่นี้ด้วย นฤมล แซ่สง 17 มกราคม 2566

สารบัญ หน้า 1 เรื่อง 2 คลื่นแสงคืออะไร 3 ลักษณะของคลื่นแสง 8 คุณสมบัติของคลื่นแสง 9 ประโยชน์และโทษของคลื่นแสง 10 แบบทดสอบหลังเรียน เฉลยแบบทดสอบหลังเรียน

คลื่นแสง แสง (อังกฤษ: light) คือ คลื่นชนิดหนึ่งและมีพลังงานการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วง ความยาวคลื่นที่สายตามนุษย์มองเห็น หรือบางครั้งอาจรวมถึงการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่รังสีอินฟราเรดถึงรังสีอัลตราไวโอเลตด้วย สปกตรัมแม่เหล็ก ไฟฟ้าและแสงที่เห็นได้ แสงคือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่ในช่วง สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ที่สามารถมอง เห็นได้ คือ อยู่ในย่านความถี่ 380 THz (3.8×1014 เฮิรตซ์) ถึง 789 THz (7.5×1014 เฮิรตซ์) จากความสัมพันธ์ระหว่าง ความเร็ว ความถี่ หรือ และ ความยาวคลื่นของแสง ความเร็วของแสงในสุญญากาศมีค่าคงที่ ดังนั้นเราจึงสามารถแยกแยะแสงโดยใช้ตาม ความยาวคลื่นได้ โดยแสงที่เรามองเห็นได้ข้างต้นนั้นจะมีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 400 นาโนเมตร (ย่อ 'nm') และ 800 nm (ในสุญญากาศ) การมองเห็นของมนุษย์นั้นเป็นผลมาจากภาวะอนุภาคของแสงโดยเฉพาะ เกิดจากการที่ ก้อนพลังงาน (อนุภาคโฟตอน) แสง ไปกระตุ้น เซลล์รูปแท่งในจอตา(rod cell) และ เซลล์รูปกรวยในจอตา (cone cell) ที่จอตา (retina) ให้ทำการสร้างสัญญาณไฟฟ้าบน เส้นประสาท และส่งผ่านเส้นประสาทตาไปยังสมอง ทำให้เกิดการรับรู้มองเห็น

ลักษณะคลื่นแสง 1.แสงเดินทางเป็นเส้นตรง (จริง ๆ แล้วหลังจากการทดลองที่ผ่านมา ทำให้รู้ว่าจริง ๆ แล้วแสงเดินทางเป็นเส้นโค้งแต่ในบทเรียน นั้นถ้ามี คำถามนี้ให้ตอบเป็นเดินทางเป็นเส้นตรง) 2.แสงเป็นคลื่นตามขวางและแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีอัตราเร็ว เท่ากับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประมาณ 3x10 ยกกำลัง 8 เมตร/วินาที ดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากโลกออกไปถึง 150 ล้านกิโลเมตร แต่แสง สามารถเดินทางมาถึงโลกโช้เวลาเพียง 8 นาทีเท่านั้นเอง 3.ทำไมบางครั้งเรามองไม่เห็นลำแสง แต่บางครั้งมองเห็นลำแสง การ ที่เรามองเห็นแสงเป็นลำก็เพราะแสงกระทบควันไฟหรือฝุ่นละอองแล้ว สะท้อนมาเข้าตานั้นเอง 4.เมื่อมีวัตถุขวางทางเดินของแสง จะเกิดเงาขึ้นด้านหลังของวัตถุ 5.เงาที่เกิดจากแหล่งกำเนิดแสงขนาดใหญ่จะมีเงา 2 ชนิด คือ เงามืด และเงามัว 6.เส้นตรงที่แสดงแนวของลำแสงเรียกว่ารังสีของแสงมี 3 ชนิด 6.1 รังสีปลายถ่าง 6.2 รังสีปลายตีบ 6.3 รังสีขนาน

คุณสมบัติของคลื่นแสง คุณสมบัติของคลื่นแสงแสงจะมีคุณสมบัติที่สำคัญ 4 ข้อ ได้แก่ 1) เดินทางเป็นเส้นตรง (Rectilinear propagation) 2) การหักเห (Refraction) 3) การสะท้อน (Reflection) 4) การกระจาย (Dispersion) การเดินทางเป็นเส้นตรง การเดินทางแสงเป็นเส้นตรง ในตัวกลางที่มีค่าดัชนีการหักเห (refractive index ; n) ของแสงเท่ากัน แสงจะเดินทางเป็นเส้นตรงโดยค่าดัชนีการหักเหของแสง หรือ ค่า n สามารถหาได้จาก การหักเหของแสง เมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง แสงบางส่วนสะท้อนกลับไปในตัวกลางเดิม ส่วนแสงที่เหลือจะหักเหเข้าไปในตัวกลางใหม่ ในการหักเหความถี่ของแสงก่อนและหลังการหักเหเท่าเดิมเสมอ แต่แสงจะมีความเร็วลดลงเมื่อ เคลื่อนที่เข้าไปในตัวกลาง ดังนั้นเราจึงเราจึงทราบได้ว่า ความยาวคลื่นจะต้องเปลี่ยนไปเป็น สัดส่วนกับความเร็ว ส่วนทิศทางการเคลื่อนที่ของแสงนั้นส่วนมากแล้วจะเปลี่ยนเมื่อเทียบกับ ทิศทางเดิม ยกเว้นกรณีเดียวคือ กรณีที่มุมตกกระทบเป็นศูนย์ (คือแสงส่องไปเลยตรงๆ)

สมการที่ใช้ในการอธิบายเรื่องการหักเหของแสงคือกฎของสเนล ดังนี้ การสะท้อน การสะท้อน เมื่อแสงเดินทางไปเจอขอบเขตระหว่างตัวกลางสองตัวกลาง แสงบาง ส่วนสะท้อนกลับ และบางส่วนก็จะเคลื่อนที่ต่อไปนตัวกลางถัดไป โดยกฎการ สะท้อนของแสงดังนี้ 1. เส้นปกติ รังสีตกกระทรบ และรังสีสะท้อนอยู่ในระนาบเดียวกัน 2. มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน เส้นปกติคือเส้นที่ลากขึ้นมาตั้งฉากกับผิวการสะท้อนนั่นเอง ส่วนมุมตกกระทบกับ มุมสะท้อนนั้น เวลาวัดมุมให้วัดเทียบกับเส้นปกติเท่านั้น

การสะท้อนของแสงสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ลักษณะ คือ 1. การสะท้อนแบบปกติ (Regular reflection) จะเกิดขึ้นเมื่อแสงตกกระ ทบกับวัตถุที่มีผิวเรียบมัน 2. การสะท้อนแบบกระจาย (Diffuse reflection)จะเกิดขึ้นเมื่อแสงตกกระ ทบวัตถุที่มีผิวขรุขระ โดยการสะท้อนของแสงไม่ว่าจะเป็นแบบใดก็ตามจะต้องเป็นไปตามกฎการสะท้อนของ แสงที่ว่า\"มุมสะท้อนเท่ากับมุมตกกระทบ\" การกระจาย การกระจายแสงที่เราเห็นในธรรมชาติทุกๆวันเป็นแสงอาทิตย์และแสงจากหลอดไฟ เป็น แสงขาว (white light) โดยแสงขาวที่ประกอบด้วยแสงสีต่างๆได้แก่ ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง เมื่อผ่านแสงเข้าไปในตัวกลาง ที่ยอมให้แสงผ่านได้ เช่น แก้ว หรือน้ำ จะเกิดการหักเหของแสงขึ้น ทั้งนี้ สารชนิดเดียวกันจะมีดรรชนีหักเหของแสงขึ้นอยู่ กับแสงสี ต่างๆไม่เท่ากันดังนั้นเมื่อแสงผ่านเข้าไปในอุปกรณ์เช่น ปริซึม(Prism) ซึ่งก็จะเห็นแสง กระจายออกเป็นสีต่างๆ และเรียก แสงที่การกระจายออกมาจากแสงขาวว่าสเปกตรัมของแสง ขาว

การสะท้อนกลับหมด การสะท้อนกลับหมดเป็นกรณีพิเศษหนึ่งที่แสงเดินทางจากตัวกลางหมายเลข 1 ที่ มีดัชนีหักเหมากไปตัวกลาง 2 ที่มีดัชนีหักเหน้อย แสงจะแบนออกจากเส้นปกติ แต้ ถ้ามันเบนออกไปมากจนเกิดกรณีว่ามุมหักเหเป็นมุมฉาก เราจะเรียกมุมตกกระทบ ที่ทำให้มุมหักเหเป็นมุมฉาก ว่ามุมวิกฤต (Ɵc) จากนั้นถ้าแสงตกกระทบด้วยมุมที่มากกว่ามุมวิกฤตแล้ว จะเกิด“การสะท้อน กลับหมด”นั่นคือแสงทั้งหมดเกิดการสะท้อนกลับหมด และไม่เกิดการหักเห

หลักการนี้สามารถนำไปประยุกต์ทำเป็นใยแก้วนำแสงได้ โดยสร้างใยแก้วเป็น สองชั้นทีมีดัชนีหักเหแสงต่างกัน ชั้นในเป็นส่วนที่ให้แสงเดินทางเข้ามา จึงมีดัชนี หักเหแสงสูง ส่วนชั้นนอกมีหน้าที่สะท้อนแสงกลับ จึงมีดัชนีหักเหแสงต่ำ แสงที่ ถูกส่งเข้ามาจะเกิดการสะท้อนกลับหมดที่ขอบเขตกั้นระหว่างส่วนชั้นในกับชั้น นอก ดังนั้นแสงจะสามารถถูกส่งไปมาตามชั้นในของเส้นใยได้ ในการประยุกต์ใช้ประโยชน์ของใยแก้วนำแสงมีด้วยกันมากมาย ไม่ว่าจะเป็นทางการ สื่อสารโดยใช้ใยแก้วนำแสงในการส่งข้อมูล เช่น สัญญาณอินเตอร์เน็ต หรือในทางการ แพทย์ที่ใช้ใยแก้วส่องอวัยวะภายในของผู้ป่วย เป็นต้น

ประโยชน์ของคลื่นแสง เป็นพลังงานรูปหนึ่งซึ่งไม่ต้องการที่อยู่ ไม่มีน้ำหนัก แต่สามารถทำงานได้ ในแสงอาทิตย์ มีคลื่นรังสีหลายชนิดตามที่ได้กล่าวมาแล้วในตอนต้น ประโยชน์ที่เราได้รับจากแสงอาทิตย์มี อยู่ 2 ส่วนคือ ความร้อน และแสงสว่าง ในชีวิตประจำวัน เราได้รับประโยชน์จากความ ร้อน และแสงสว่างของดวงอาทิตย์ตลอดเวลา แสงอาทิตย์ทำให้โลกสว่าง เราสามารถทำ กิจกรรมต่างๆ ได้อย่างสะดวก อาชีพหลายอาชีพต้องใช้ความร้อนของแสงอาทิตย์โดยตรง แม้ตอนที่ดวงอาทิตย์ตกดิน เราก็ยังได้รับความอบอุ่นจากแสงอาทิตย์ที่พื้นโลกดูดซับไว้ ทำให้เราไม่หนาวตาย ประโยชน์ของแสงสามารถแบ่งได้เป็น 2 ทาง คือ ประโยชน์ทางตรง และประโยชน์ทางอ้อม 1) ประโยชน์จากแสงทางตรง เช่น การทำนาเกลือ การทำอาหารตากแห้ง การตากผ้า การฆ่าเชื้อโรคในน้ำดื่ม ต้องอาศัยความร้อนจากแสงอาทิตย์ การแสดงหนังตะลุง และ ภาพยนตร์ ต้องใช้แสงเพื่อทำให้เกิดเงาบนจอ การมองเห็นก็ถือเป็นการใช้ประโยชน์จาก แสงทางตรง 2) ประโยชน์จากแสงทางอ้อม เช่น ทำให้เกิดวัฏจักรของน้ำ (การเกิดฝน) พืชและสัตว์ที่ เรารับประทาน ก็ได้รับการถ่ายทอดพลังงานมาจากแสงอาทิตย์ โทษของคลื่นแสง แสงแดด นับว่าเป็นแสงที่มีคุณค่า ที่สิ่งมีชีวิตบนพื้นโลกได้ใช้ประโยชน์ ในคุณประโยชน์ นั้นก็มีโทษ แฝงอยู่เช่นกัน ทั้งนี้เพราะแสงอัลตราไวโอเลตที่มีพลังงานสูง ในแสงแดด อาจทำลายจอประสาทตา และเลนส์ตา จนเสื่อมสภาพ เกิดเป็นโรคต้อกระจก อาจ ลุกลามจนตาบอดได้ ถ้าเรามองแสงอาทิตย์ โดยตรงเป็นเวลานานๆโดยไม่มีอุปกรณ์ ป้องกัน และ แสง ยูวี บี (UV-B) มีส่วนทำให้ผิวหนังไหม้เกรียม มีส่วนทำให้เกิดมะเร็ง ผิวหนังได้ ทุกวันนี้แสงยูวี บี ตกกระทบพื้นโลกมากขึ้น ทั้งนี้เพราะปริมาณโอโซน ใน บรรยากาศชั้นสตาร์โตสเฟียร์ (stratosphere)ที่ทำหน้าที่ดูดกลืนแสงยูวี มีปริมาณลด ลง เนื่องจากถูกทำลายจากสาร CFC ที่ถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งรายละเอียด ในเรื่องนี้ จะได้นำมากล่าวในโอกาศต่อไป

แบบฝึกหัด 1.ถ้าต้องการภาพที่เกิดจากกระจกเงาโค้งเป็นภาพเสมือนขยายมากๆ ควรใช้กระจกชนิดใด อย่างไร โดยวางวัสดุห่างจากโฟกัสเป็นระยะคงที่ค่าหนึ่ง ก. ใช้กระจกนูนที่มีความยาวโฟกัสยาวมากๆ ข. ใช้กระจกเว้าที่มีความยาวโฟกัสยาวมากๆ ค. ใช้กระจกนูนที่มีความยาวโฟกัสสั้นมากๆ ง. ใช้กระจกเว้าที่มีความยาวโฟกัสสั้นมากๆ 2.กระจกนูนจะให้ภาพที่มีลักษณะอย่างไร ก. ภาพจริงขนาดเล็กกว่าวัตถุ ข. ภาพจริงขนาดใหญ่กว่าวัตถุ ค. ภาพเสมือนขนาดเล็กกว่าวัตถุ ง. ภาพเสมือนขนาดใหญ่กว่าวัตถุ 3.วางวัตถุไว้หน้ากระจกโค้งความยาวโฟกัส 15 เซนติเมตร เกิดภาพบนฉากขนาดใหญ่โต เป็น 3 เท่าของวัตถุ อยากทราบว่าเป็นกระจกชนิดใดและวางวัตถุห่างจากฉากเท่าไร ก. 10 ซม. ค. 20 ซม. ข. 15 ซม. ง. 25 ซม. 4.กระจกเว้ามีระยะโฟกัส 20 เซนติเมตร เมื่อนำเอาวัตถุมาวางห่างหน้ากระจก 15 เซนติเมตร จะได้ภาพอย่างไร ค. ภาพเสมือน หัวตั้ง ก. ภาพจริง หัวตั้ง ง. ภาพเสมือน หัวกลับ ข. ภาพจริง หัว 5.สีใดหักเหมากที่สุดเมื่อสังเกตเห็นจากแถบสเปกตรัมของแสงอาทิตย์ ก. ม่วง ค. น้ำเงิน ข. คราม ง. แดง 6.ถ้าลำแสงเปลี่ยนไปทำมุมตกกระทบ 60 องศา จะทำให้เกิดปรากฏการณ์ตามข้อใด ก. การสะท้อน ค. การสะท้อนกลับหมด ง. การสะท้อนและการหักเห ข. การหักเห 7.วัตถุซึ่งอยู่ห่างจากเลนเป็นระยะ 10 ซมทำให้เกิดภาพหลังวัตถุเป็นระยะ 10 ซมจงหาความ ยาวโฟกัสของเลน ก. 10 ซม. ค. 30 ซม. ข. 20 ซม. ง. 40 ซม.

8.ถ้าแสงสีแดง น้ำเงิน เหลืองและม่วงผ่านจากตัวกลางที่มีค่าดัชนีหักเหมาก ไปสู่ตัวกลางที่มีดัชนีหักเหน้อย แสงสีใดที่จะเบนออกจากเส้นปกติมากที่สุด ก. ม่วง ค. เหลือง ข. แดง ง. เท่ากันทุกสี 9.เมื่อแสงเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง ซึ่งเป็นตัวกลางคนละชนิดกัน ปริมาณ ที่ไม่เปลี่ยนแปลงคือ ก. ทิศทางที่แสงเคลื่อนที่ ค. ความยาวของคลื่นแสง ข. อัตราเร็วของแสง ง. ความถี่แสง 10. จงหารัศมีความโค้งของกระจกนูนซึ่งทำให้เกิดภาพที่มีขนาดเป็น 1/5 ของวัตถุ เมื่อวัตถุ อยู่ห่างจากกระจก 15 เซนติเมตร ก. 5.5 ซม. ค. 6.0 ซม. ข. 6.5 ซม. ง. 7.5 ซม. เฉลยแบบฝึกหัด 1. ตอบ ข.ใช้กระจกเว้าที่มีความยางโฟกัสยาวมากๆ 2. ตอบ ค.ภาพเสมือนขนาดเล็กกว่าวัตถุ 3. ตอบ ค. 20 เซนติเมตร 4. ตอบ ค. ภาพเสมือน หัวตั้ง 5. ตอบ ก. ม่วง 6. ตอบ ง. การสะท้อนและการหักเห 7. ตอบ ข. 20 เซนติเมตร 8. ตอบ ก. ม่วง 9. ตอบ ง. ความถี่แสง 10. ตอบ ง. 7.5 ซม.