คลื่นวิทยุ

คลื่นวิทยุ RADIO WAVE เรียบเรียงโดย นางสาวบุตรชบา พุดฉิม นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6/2

คำนำ หนังสืออิเล็กทรอนิกส์ (E-Book) เรื่อง คลื่นวิทยุนี้เป็นส่วน หนึ่งของรายวิชาฟิสิกส์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 มีจุดประสงค์ เพื่อศึกษาหาความรู้เกี่ยวกับคลื่นวิทยุเพื่อใช้ประกอบการเรียน การสอนและไว้เป็นความรู้ให้แก่ผู้ที่ต้องการศึกษาเกี่ยวกับ คลื่นวิทยุ ผู้จัดทำหวังเป็นอย่างยิ่งว่าหนังสืออิเล็กทรอนิกส์ (E-BooK) เรื่อง คลื่นวิทยุเล่มนี้จะเป็นประโยชน์ต่อท่านที่ ต้องการจะศึกษาและเป็นส่วนสำคัญในการพัฒนาคุณภาพและ มาตรฐานการศึกษากลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และ เทคโนโลยี ขอขอบคุณ อาจารย์ไพโรจน์ ขุมขำ ตลอดจนคุณครูที่ช่วย ชี้แนะแนวทางในการจัดทำหนังสืออิเล็กทรอนิกส์ (E-Book) เล่มนี้เสร็จลุล่วงไปด้วยดี ณ โอกาสนี้ นางสาวบุตรชบา พุดฉิม

สารบัญ หน้า เรื่อง 1 ผู้ค้นพบคลื่นวิทยุ 2 ความหมายของคลื่นวิทยุ คลื่นวิทยุผสมสัญญาณ 3 4 -ระบบเอเอ็ม (AM) -ระบบเอฟเอ็ม (FM) คุณสมบัติของคลื่นวิทยุ 5 -การสะท้อนกลับ 6 -การหักเห 7 -การเบี่ยงเบน 8 โทษของคลื่นวิทยุ การแผ่กระจายของคลื่นวิทยุ 9-10 แบบฝึกหัด เฉลยแบบฝึกหัด

1 ผู้ค้นพบคลื่นวิทยุ สังเกตได้ว่าขณะที่เกิดประกายไฟฟ้าขึ้นระหว่าง ขั้วทั้งสองที่อยู่ชิดกันมากของวงจร ก. นั้นจะมีประกาย ไฟฟ้าเกิดที่ขั้วทั้งสองซึ่งอยู่ชิดกันมากของวงจร ข. ด้วย แสดงว่าจะต้องมีคลื่นชนิดหนึ่งแผ่กระจายออกจาก ก. มาถึง ข. และเป็นคลื่นที่เรามองไม่เห็นไม่สามารถ สัมผัสได้ด้วยประสาทสัมผัสทั้ง 5 ของเรา คลื่นดังกล่าว นี้เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เรียกว่าคลื่นวิทยุ ไฮน์ริช รูดอล์ฟ เฮิรตซ์ ความหมายของคลื่นวิทยุ คลื่นวิทยุมีความถี่อยู่ในช่วง 10กำลัง6 - 10กำลัง9 เฮิรตซ์ คลื่นช่วงนี้ใช้ใน การส่งข่าวสารและสาระบันเทิงไปยังผู้รับ สำหรับคลื่นวิทยุความถี่ตั้งแต่ 530 - 1600 กิโลเฮิรตซ์ ที่สถานีวิทยุส่งออกอากาศใน ระบบเอเอ็ม เป็นการสื่อสาร โดยการผสม คลื่นเสียงเข้ากับคลื่นวิทยุ ซึ่งเรียกว่า คลื่นพาหะ และสัญญาณ เสียงจะบังคับให้แอมพลิจูดของคลื่นพาหะเปลี่ยนแปลงไป เมื่อคลื่นวิทยุที่ผสมสัญญาณเสียงกระจายออกจากสายอากาศไปยังเครื่องรับ วิทยุ เครื่องรับวิทยุจะทำหน้าที่แยกสัญญาณเสียงซึ่งอยู่ในรูปของสัญญาณ ไฟฟ้าออกจากสัญญาณคลื่นวิทยุ แล้วขยายให้มีแอมพลิจูดสูงขึ้น เพื่อส่งให้ ลำโพงแปลงสัญญาณออกมาเป็นเสียงที่หูรับฟังได้

2 คลื่นวิทยุผสมสัญญาณ 1.ระบบเอเอ็ม (AM) ระบบการผสมคลื่นที่ผสมกันแล้วทำให้ความสูงของคลื่นวิทยุเปลี่ยนแปลง ไปตามคลื่นเสียง จึงเรียกว่าการผสมทางความสูงของคลื่น (Amplitude Modulation) หรือ AM วิทยุ AM ให้คุณภาพของเสียงไม่ดีนัก เพราะเกิดการ รบกวนได้ง่าย เช่น ถูกรบกวนจากสถานีข้างเคียง เครื่องใช้ไฟฟ้า และที่สำคัญ คือการรบกวนจากธรรมชาติ ได้แก่ เวลาฝนตก ฟ้าแลบ ฟ้าผ่า สภาพอากาศที่ แปรปรวนมากๆ จะทำให้เสียงขาดหายเป็นช่วงๆ การส่งวิทยุ AM แบ่งความถี่การใช้งานออกเป็นช่วงคลื่น ต่างๆ ดังนี้ 1.1 LW (Long wave) ความถี่ 30 -300 KHz 1.2 MW (Medium Wave) ความถี่ 535 -1605 KHz เป็นความถี่ของวิทยุ AM ส่วนใหญ่ที่ใช้ในประเทศไทย จำนวนกว่า 200 สถานี กระจายอยู่ทั่วประเทศ โดยทั่วไปส่งได้ไกลประมาณ 200 กิโลเมตร 1.3 SW (Shot Wave) ความถี่ 3 -30 MHz คุณภาพเสียงไม่ดี แต่ส่งไปได้ไกล มากนับพันกิโลเมตร จึงสามารถส่งกระจายเสียงได้ถึงข้ามทวีป เช่น สถานี วิทยุกระจายเสียงแห่งประเทศไทย (Radio Thailand) 11.965 MHz และ 9.0655 MHz สถานี BBC ความถี่ที่รับได้ในประเทศไทย 11.910 MHz สถานี วิทยุเสียงอเมริกา หรือ (Voice of America) ความถี่ 11.780 MHz สถานีวิทยุ ของออสเตเลีย (Radio Australia) ความถี่ 15.40 MHz Radio Japan ความถี่ 15.235 MHz (ยุทธนา สาริยา 2527 : 18)

3 คลื่นวิทยุผสมสัญญาณ 2.ระบบ เอฟเอ็ม (FM) คลื่นวิทยุที่ผสมกับคลื่นเสียงแล้ว จะมีความถี่ไม่สม่ำเสมอ เปลี่ยนแปลงไป ตามคลื่นเสียง แต่ความสูงของคลื่นยังคงเดิม วิทยุ FM ส่งด้วยความถี่ 88 -108 MHz ในประเทศไทยมีจำนวนกว่า 100 สถานี กระจายอยู่ตามจังหวัด ต่างๆ ทั่วประเทศ ให้คุณภาพเสียงดีเยี่ยม ไม่เกิดสัญญาณรบกวนจากสภาพ อากาศแปรปรวน แต่ส่งได้ในระยะประมาณไม่เกินประมาณ 150 กิโลเมตร ปัจจุบันนิยมส่งในแบบสเตอริโอ ที่เรียกว่าระบบ FM Sterio Multiplex ซึ่ง เครื่องรับวิทยุสามารถแยกสัญญาณออกเป็น 2 ข้าง คือ สัญญาณสำหรับ ลำโพงด้านซ้าย (L) และ สัญญาณสำหรับลำโพงขวา (R)

4 คุณสมบัติของคลื่นวิทยุ การสะท้อนกลับของคลื่นวิทยุ การเปลี่ยนทิศการเดินทางของคลื่นโดยทันทีทันใด เมื่อคลื่นนั้นเดินทางไป ตกกระทบที่ผิวของตัวกลางขนาดใหญ่ นั่นคือ คลื่นจะกระดอนออกจากผิวของ สะท้อนของตัวกลางในลักษณะเช่นเดียวกับการสะท้อนกับกระจกเงา แต่ ประสิทธิภาพนั้นจะขึ้นอยู่กับตัวกลาง วัสดุที่มีขนาดใหญ่ สามารถเป็นตัวนำได้ ดี เช่น ทองแดง จะทำการสะท้อนกลับคลื่นวิทยุได้ดีมาก การหักเหของคลื่นวิทยุ เมื่อคลื่นวิทยุเดินทางจากตัวกลาง หนึ่ งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ งที่มีคุณสมบัติ ทางไฟฟ้าไม่เหมือนกัน เช่น ถ้าเราใช้ ไฟฉายส่องลำแสงไปที่ผิวน้ำที่ราบเรียบ จะมีแสงบางส่วนสะท้อนกลับมา และมี บางส่วนทะลุไปใต้น้ำ

5 คุณสมบัติของคลื่นวิทยุ การเบี่ยงเบนของคลื่นวิทยุ เกิดจากคลื่นวิทยุเดินทางผ่านมุมหรือ ขอบของตัวกลางที่คลื่นไม่สามารถผ่านไปได้ เช่น ความถี่ย่าน VHF เดินทางผ่านยอดเขา ความถี่ย่านนี้มีคุณสมบัติเดินทางเป็นเส้นตรง ถ้าเราลากเส้นตรงจากสายอากาศไปยังยอดเขา ส่วนที่อยู่หลังเขาหรือต่ำกว่าเส้นนี้ลงมา น่าจะรับสัญญาณไม่ได้ แต่กลับปรากฏว่า มีบางส่วนที่อยู่หลังเขาและบางส่วนที่พื้นดิน ซึ่งอยู่ห่างออกไป แต่สัญญาณที่ได้อาจจะไม่แรงมากนัก เมื่อความถี่สูงขึ้นการเบี่ยงเบนของคลื่นก็จะยิ่งลดลง กล่าวคือ คลื่น จะเดินทางเป็นเส้นตรงมากขึ้น เขตเบี่ยงเบนจะสามารถติดต่อสื่อสารกัน ได้ ส่วนเขตเงาจะไม่สามารถติดต่อสื่อสารได้เลย ความถี่ต่ำ ๆ จะเบี่ยงเบนได้มากกว่าความถี่สูง ๆ คลื่นวิทยุสามารถ เบี่ยงเบนได้มากกว่าแสง และคลื่นเสียงจะเบี่ยงเบนได้มากกว่าคลื่นวิทยุ สังเกตได้จากเราสามารถรับสัญญาณข้างหลังภูเขาได้ เราสามารถได้ยิน ความถี่เสียงบริเวณมุมตึกได้

6 โทษของคลื่นวิทยุ 1. คลื่นวิทยุที่มีความถี่น้อยกว่า 150 เมกะเฮิรตซ์ (มีความยาวคลื่น มากกว่า 2 เมตร) คลื่นจะทะลุผ่านร่างกายโดยไม่ก่อให้เกิดผลใด ๆ เนื่องจากไม่มีการดูดกลืนพลังงานของคลื่นไว้ ร่างกายจึงเปรียบเสมือนเป็น วัตถุโปร่งใสต่อคลื่นวิทยุช่วงนี้ 2. คลื่นวิทยุที่มีความถี่ระหว่าง 150 เมกะเฮิรตซ์ ถึง 1.2 จิกะเฮิรตซ์ (มี ความยาวคลื่นระหว่าง 2.00 ถึง 0.25 เมตร) คลื่นวิทยุช่วงนี้สามารถทะลุ ผ่านเข้าไปในร่างกายได้ลึกประมาณ 2.5 ถึง 20 เซนติเมตร เนื้อเยื่อของ อวัยวะภายในบริเวณนั้นจะดูดกลืนพลังงานของคลื่นไว้ถึงร้อยละ 40 ของ พลังงานที่ตกกระทบ ทำให้เกิดความร้อนขึ้นในเนื้อเยื่อ โดยที่ร่างกายไม่ สามารถรู้สึกได้ ถ้าร่างกายไม่สามารถกระจายความร้อนออกไปในอัตรา เท่ากับที่รับเข้ามา อุณหภูมิหรือระดับความร้อนของร่างกายจะสูงขึ้น เป็นอันตรายอย่างยิ่งต่อร่างกาย ความร้อนในร่างกายที่สูงกว่าระดับปกติ อาจก่อให้เกิดผลหลายประการ เช่น - เลือดจะแข็งตัวช้ากว่าปกติ ผลอันนี้ถ้ามีการเสียเลือดเกิดขึ้น อาการจะมี ความรุนแรง - การหมุนเวียนของเลือดเร็วขึ้น 3. คลื่นวิทยุที่มีความถี่ระหว่าง 1-3 จิกะเฮิรตซ์ (มีความยาวคลื่นระหว่าง 30 ถึง 10 เซนติเมตร) ทั้งผิวหนังและเนื้อเยื่อลึกลงไปดูดกลืนพลังงานได้ ราวร้อยละ 20 ถึงร้อยละ 100 ขึ้นอยู่กับชนิดของเนื้อเยื่อ คลื่นวิทยุเช่นนี้เป็น อันตรายอย่างยิ่งต่อนัยน์ตา โดยเฉพาะเลนส์ตาจะมีความไวเป็นพิเศษต่อ คลื่นวิทยุความถี่ประมาณ 3 จิกะเฮิรตซ์ เพราะเลนส์ตามีความแตกต่างจาก อวัยวะอื่นตรงที่ไม่มีเลือดมาหล่อเลี้ยงและไม่มีกลไกซ่อมเซลล์

7 การแผ่กระจายของคลื่นวิทยุ มีหลายลักษณะ ขึ้นอยู่กับความถี่ของคลื่น ลักษณะที่สำคัญมี 3แบบ คือ แบบที่ 1 คลื่นจะแผ่กระจายขนานไปกับพื้นผิวโลก สามารถเดินทางไป ในระยะไกลได้ มีความถี่ไม่เกินประมาณ 2 เมกะเฮิรตซ์ (หนึ่ง เมกะเฮิรตซ์เท่ากับหนึ่งล้าน เฮิรตซ์) ดังเช่น คลื่นวิทยุกระจายเสียง ระบบเอเอ็ม แบบที่ 2 จะเป็นการสะท้อนจากชั้นบรรยากาศ เรียกว่า แผ่กระจาย โดย คลื่นฟ้า การสะท้อนคลื่นเป็นคุณสมบัติของชั้นบรรยากาศ ความถี่ที่ชั้น บรรยากาศสะท้อนลงมา อยู่ในช่วงประมาณ 2-30 เมกะเฮิรตซ์ การสะท้อนคลื่นของชั้นบรรยากาศในตอนกลางวัน และกลางคืน อาจแตกต่างกันบ้าง บางความถี่จะสะท้อนเฉพาะกลางคืน คุณสมบัติ ของการสะท้อนคลื่น จะแปรเปลี่ยนตามปริมาณประจุที่เกิดขึ้นในชั้น บรรยากาศ ซึ่งขึ้นอยู่กับพลังจากแสงอาทิตย์เป็นหลัก ในบางครั้งที่มี พายุพลังอาทิตย์ คุณสมบัติของชั้นบรรยากาศก็จะเปลี่ยนแปลงไปได้ มาก วิทยุสมัครเล่นและวิทยุกระจายเสียงข้ามประเทศ คลื่นสั้นจะใช้ ความถี่ในย่านนี้ ทำให้ผู้รับที่อยู่ห่างไกลสามารถรับฟังได้ เพราะมีการ สะท้อนคลื่นโดยชั้นบรรยากาศหนึ่งครั้งหรือ มากกว่าหนึ่งครั้งก็ได้ แบบที่ 3 จะเป็นการแผ่กระจายโดยตรงเรียกว่า การแผ่กระจายในแนว สายตา กล่าวคือ จุดที่รับคลื่นได้คือ จุดที่มองเห็นได้จากเสาอากาศของ เครื่องส่ง การกระจายคลื่นแบบนี้จะไม่สามารถรับจากจุดบนพื้นโลกที่มี ระยะทางไกล เนื่องจากความโค้งของพื้นผิวโลกบังเอาไว้

8 แบบฝึกหัด คำชี้แจง : จงตอบคำถามต่อไปนี้ให้ถูกต้อง 1. ผู้ค้นพบคลื่ นวิทยุคนเเรกคือใคร 2. เครื่องรับวิทยุทำหน้ าที่อะไร 3.คลื่นวิทยุผสมสัญญาณมีกี่ระบบอะไรบ้าง จงอธิบาย 4. จงอธิบายคุณสมบัติของคลื่ นวิทยุมาพอสังเขป 5.คลื่นวิทยุที่มีความถี่ระหว่าง 150 เมกะเฮิรตซ์ ถึง 1.2 จิกะเฮิรตซ์จะส่งผลอย่างไรต่อร่างกาย 6.คลื่นวิทยุกระจายเสียงระบบ AM ใช้การกระจายของ คลื่นวิทยุแบบใด

9 เฉลยแบบฝึกหัด 1. ผู้ค้นพบคลื่ นวิทยุคนเเรกคือใคร ตอบ ไฮน์ริช รูดอล์ฟ เฮิรตซ์ 2. เครื่องรับวิทยุทำหน้าที่อะไร ตอบ ทำหน้าที่แยกสัญญาณเสียงซึ่งอยู่ในรูปของสัญญาณ ไฟฟ้าออกจากสัญญาณคลื่นวิทยุ แล้วขยายให้มีแอมพลิ จูดสูงขึ้น 3. คลื่นวิทยุผสมสัญญาณมีกี่ระบบอะไรบ้าง จงอธิบาย ตอบ 1.ระบบเอเอ็ม (AM) ระบบการผสมคลื่นที่เมื่อผสมกัน แล้วทำให้ความสูงของคลื่นวิทยุเปลี่ยนแปลงไปตามคลื่น เสียงให้คุณภาพของเสียงไม่ดีนัก เพราะเกิดการรบกวนได้ ง่าย 2.ระบบ เอฟเอ็ม (FM) คลื่นวิทยุที่ผสมกับคลื่นเสียง แล้ว จะมีความถี่ไม่สม่ำเสมอ เปลี่ยนแปลงไปตามคลื่น เสียง แต่ความสูงของคลื่นยังคงเดิม

10 เฉลยแบบฝึกหัด 4. จงอธิบายคุณสมบัติของคลื่นวิทยุมาพอสังเขป ตอบ 1. การสะท้อนกลับของคลื่นวิทยุ คือ การเปลี่ยนทิศ การเดินทางของคลื่นโดยทันทีทันใด เมื่อคลื่นนั้นเดินทาง ไปตกกระทบที่ผิวของตัวกลางขนาดใหญ่ 2. การหักเหของคลื่นวิทยุ เกิดขึ้นเมื่อคลื่นวิทยุเดิน ทางจากตัวกลางหนึ่ งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ งที่มีคุณสมบัติ ทางไฟฟ้าไม่เหมือนกัน 3. การเบี่ยงเบนของคลื่นวิทยุ เกิดจากคลื่นวิทยุเดิน ทางผ่านมุมหรือขอบของตัวกลางที่คลื่นไม่สามารถผ่านไป ได้ 5. คลื่นวิทยุที่มีความถี่ระหว่าง 150 เมกะเฮิรตซ์ ถึง 1.2 จิ กะเฮิรตซ์จะส่งผลอย่างไรต่อร่างกาย ตอบ - เลือดจะแข็งตัวช้ากว่าปกติ ผลอันนี้ถ้ามีการเสีย เลือดเกิดขึ้น อาการจะมีความรุนแรง - การหมุนเวียนของเลือดเร็วขึ้น 6. คลื่นวิทยุกระจายเสียงระบบ AM ใช้การกระจายของ คลื่นวิทยุแบบใด ตอบ แบบที่ 1 คลื่นจะแผ่กระจายขนานไปกับพื้นผิวโลก

จัดทำโดย นางสาวบุตรชบา พุดฉิม ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6/2 เลขที่ 12 เสนอ อาจารย์ ไพโรจน์ ขุมขำ โรงเรียนชาติตระการวิทยา สำนักงานเขตพื้นที่การศึกษามัธยมศึกษา พิษณุโลก อุตรดิตถ์