ใบความรู้หน่วที่ 3 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

คลายปม ฟสิ กิ ส์ 147บทท่ี 19 : คลนื่ แมเ่ หลก็ ไฟฟา้1. ลกั ษณะของคลนื่ แม่เหลก็ ไฟฟา้คลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ (Electromagnetic Wave, EMW) เปน็ คลนื่ ท่ีไมอ่ าศยั ตวั กลางในการเคลอ่ื นท่ีเกดิ จากการเหนย่ี วนาซง่ึ กนั และกนั ระหวา่ งสนามแมเ่ หลก็ และสนามไฟฟา้ โดยสนามทัง้ สองจะมกี ารเปลยี่ นแปลงไปตามเวลา ซ่งึ ทศิ ทางของสนามทงั้ สองจะตั้งฉากกนั และตงั้ ฉากกบั ทิศทางการเคลอ่ื นที่คล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟา้ จดั เปน็ คลน่ื ตามขวาง นิว้ ชี้ ชีทศิ ������ น้วิ หัวแมม่ ือช้ที ศิ ������ นิ้วกลางช้ที ศิ ������ทิศทางหาจากกฎมอื วา โดย ������ = ������ × ������2. ทฤษฎคี ลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ของแม็กเวลล์ James Clerk Maxwell(พ.ศ.2374-2422) นกั ฟิสกิ ส์และนกั คณติ ศาสตรช์ าวอังกฤษ ได้รวบรวมกฎต่างๆท่เี ก่ยี วกบั แมเ่ หล็กไฟฟ้า มาสรปุ เป็นทฤษฏโี ดยนาเสนอในรูปสมการทางคณิตศาสตร์(สมการน้จี ะใช้แคลคลลู สั ซง่ึ น้องๆจะได้เห็นสมการนีต้ อนเรยี นในระดับมหาวิทยาลัย) ซงึ่ เขาได้ทานายไวว้ ่า 1. เม่อื สนามแมเ่ หลก็ มกี ารเปลย่ี นแปลงจะเหนยี่ วนาใหเ้ กดิ สนามไฟฟ้าขนึ้ รอบๆ ไมว่ า่ ส่ิงนนั้ จะเปน็ ตวั นา ฉนวน ทวี่ า่ งเปลา่ หรอื สญุ ญากาศกต็ าม 2. ในทางกลบั กนั เมอ่ื สนามไฟฟา้ มกี ารเปลยี่ นแปลงกจ็ ะเหนยี่ วนาทาใหเ้ กดิ สนามแม่เหลก็ ขนึ้ รอบๆ ไมว่ ่าส่งิ นนั้ จะเปน็ ตวั นา ฉนวน ทว่ี า่ งเปลา่ หรอื สญุ ญากาศ สนามทงั้ สองจะเหนยี่ วนาซง่ึ กนั และกนั อยา่ งตอ่ เนอ่ื ง เกดิ เปน็ คลนื่ แผก่ ระจายออกไปรอบๆแหลง่ กาเนดิ เนอื่ งจากเปน็ คล่ืนที่เกิดจากสนามแมเ่ หล็กและสนามไฟฟา้ เหน่ียวนากันและกนั เราจงึ เรยี กคลน่ื ชนดิ นวี้ า่“คลนื่ แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ” พดู คยุ ซกั ถามเพมิ่ เตมิ >> facebook คลายปมฟสิ กิ ส์

148 คลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ 3. การเกดิ คลนื่ แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ การเกดิ คลนื่ แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ มีหลายสาเหตุเชน่ 1. เกิดจากประจุบวกและประจุลบมกี ารเคลอ่ื นท่กี ลับไปกลบั มาแบบซมิ เปิลฮาร์มอนิกในตวั นา 2. เกดิ จากประจุไฟฟา้ บวกหรอื ลบเคล่ือนท่ดี ว้ ยความเรง่ หรอื ความหนว่ ง (ถ้าอเิ ล็กตรอนเคลือ่ นที่ดว้ ย ความเร็วคงท่ี จะเกิดอานาจแม่เหล็กไฟฟ้าขนึ้ รอบๆ โดยอานาจแม่เหล็กท่ีแต่ละตาแหน่งจะมีคา่ คงท่ี จึงไม่เกดิ การเหน่ยี วนาใหเ้ กิดคลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้า ดงั นั้นในไฟฟ้ากระแสตรงที่กระแสไฟฟา้ มคี ่าคงที่จึงไม่เกิดคลืน่ แมเ่ หลก็ ไฟฟ้า ) 3. วัตถทุ ีม่ ีอณุ หภมู ิสงู กว่าศูนย์องศาสมบรู ณ์(0 ) จะมีการแผค่ ลื่นแม่เหลก็ ไฟฟ้า(รังสีอนิ ฟาเรด)ออกมา 4. เกดิ จากการเปล่ียนระดบั พลงั งานของอิเล็กตรอนในอะตอม 5. เกิดจากการเปลีย่ นระดับพลังงานของนวิ เคลยี ส การคน้ พบคลนื่ แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ของเฮริ ตซ์ ใน ค.ศ. 1888 ไฮนร์ ิช เฮิรตซ์ (Heinrich Hertz) ไดส้ รา้ งเครื่องกาเนดิ คลื่นแมเ่ หล็กไฟฟ้า เคร่ืองแรกทมี่ ุมหอ้ งทดลองของเขาที่กรงุ เบอร์ลิน เขาใช้วงจรไฟฟ้าทม่ี ีแท่งโลหะทมี่ ชี ่องว่างเล็กๆอยู่ ระหว่างก่ึงกลาง เมือ่ เกิดการสปารค์ ระหว่างชอ่ งวา่ ง ประจุไฟฟา้ จะส่นั ด้วยความถส่ี ูงเกิดคลื่น แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ออกมา เฮิรตซ์ไดพ้ สิ ูจน์ว่าคลนื่ น้แี ผ่ไปในอากาศโดยการใช้เครื่องมอื แบบเดยี วกัน ตั้งอยูใ่ นระยะทีไ่ กลออกไป เฮริ ตซ์ได้แสดงใหเ้ หน็ ว่าคลน่ื เหล่านี้สามารถสะท้อนและหกั เหได้ เช่นเดยี วกับแสง และเดินทางด้วยความเร็วเท่ากับแสงโดยไม่ข้ึนอยกู่ บั ความยาวคลน่ื คลนื่ ทเ่ี ฮิรตซค์ ้นพบ ถกู รจู้ ักใน นามคลน่ื เฮิรตซ์ (Hertzian waves) (ซ่งึ ต่อมาพบวา่ เปน็ คล่ืนวิทยุ) การทดลองน้ีเป็นการทดลองท่ีสนับสนุนการ ทานายของแมกซเ์ วลล์ว่าคลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ มีอยู่จริง ท้งั ในรปู ของแสงและคลน่ื วิทยุ ไฮน์ริช เฮิรตซ์ ใช้วงจรไฟฟ้าท่มี ีแทง่ โลหะที่มีชอ่ งวา่ งเล็กๆอยรู่ ะหว่างก่ึงกลาง เมื่อเกิดการสปารค์ ระหว่าง ชอ่ งวา่ ง ประจไุ ฟฟา้ จะสน่ั ดว้ ยความถสี่ ูงเกดิ คลนื่ แม่เหล็กไฟฟ้าออกมาแผ่ไปในอากาศ โดยการใช้ลวดโลหะดดั โคง้ เกอื บ เป็นวงกลมโดยเปดิ ชอ่ งวา่ งไว้เลก็ นอ้ ยตง้ั อยใู่ นระยะท่ีไกลออกไป จะเกดิ การสปาร์คระหว่างชอ่ งว่างของห่วงโลหะ พดู คยุ ซกั ถามเพม่ิ เตมิ >> facebook คลายปมฟสิ กิ ส์

คลายปม ฟสิ กิ ส์ 149 4. สเปกตรมั ของคลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟา้ (Electromagnetic Spectrum) สเปกตรมั ของคลนื่ แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ คอื ชดุ ของคล่ืนแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ จากการศกึ ษาพบว่า คลนื่ แมเ่ หล็กไฟฟา้ มีแหลง่ กาเนดิ และมีช่วงความถแ่ี ตกต่างกนั จงึ มชี ่ือเรียกแตกตา่ งกนั เมอ่ื เรยี งลาดบั คลนื่ แมเ่ หล็กไฟฟา้ จากความถ่ตี า่ ไปสูง จะไดด้ งั นี้ คอื กระแสสลบั คลนื่ วิทยุ คลื่นไมโครเวฟ รงั สอี นิ ฟาเรด รงั สอี ัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ รงั สแี กมมากระแสสลบั วทิ ยุ ไมโครเวฟ อนิ ฟาเรด แสง รงั สีUV รงั สXี รงั สแี กมมาสลบั วงิ่ มา เอา แสง UV X ก็มาคล่นื แม่เหล็กไฟฟา้ ทุกชนิดมคี วามเรว็ ในสญุ ญากาศเท่ากันทงั้ หมด คอื ประมาณ 3108 m/sสูตรการคานวณc แทน ความเร็วคลื่นแม่เหล็กไฟฟา้ ในสญุ ญากาศ ประมาณ 3108 m/sf แทน ความถค่ี ล่ืนแมเ่ หล็กไฟฟา้ (Hz) แทน ความยาวคลื่น( m ) พดู คยุ ซกั ถามเพม่ิ เตมิ >> facebook คลายปมฟสิ กิ ส์

150 คลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ 5. สมบตั ขิ องคลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ คลนื่ แม่เหล็กไฟฟ้าถอื ว่าเปน็ คลืน่ ชนดิ หน่ึงจงึ มีสมบัตขิ องคลนื่ ครบทั้งสีข่ อ้ คอื สะทอ้ น หักเห เล้ียวเบน และแทรกสอด นอกจากน้ียังมคี ุณสมบัตพิ ิเศษอกี ดังนี้ 1. เคลือ่ นทีไ่ ด้โดยไม่ตอ้ งอาศัยตวั กลาง 2. มคี วามเร็วในสญุ ญากาศเทา่ กับ 3108 เมตร/วินาที (ถ้าเคลอ่ื นทใ่ี นตัวกลางอ่ืนๆ ทีม่ คี วามหนาแน่นมาก ข้ึนเช่น เคลื่อนทีใ่ นน้า เคลอื่ นท่ใี นแกว้ ก็จะเคลอ่ื นที่ได้ช้ากว่าน้ี) 3. เปน็ คลนื่ ตามขวาง 4. เคลือ่ นที่ผา่ นโลหะไมไ่ ด้ 6. ชนดิ ของคลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ 6.1) คลนื่ วทิ ยุ ( Radio Wave) มีความถ่ีอยู่ในช่วง 104 109 เฮิรตซ์ เปน็ คลนื่ ทใี่ ชใ้ นการสง่ ขา่ วสารและสาระบันเทงิ ทาการส่งไดโ้ ดยเปลี่ยน สัญญาณเสยี งเป็นสญั ญาณไฟฟา้ แล้วผสมกบั คล่นื วิทยซุ ่ึงทาหนา้ ทเ่ี ป็นคลน่ื พาหะ คล่ืนท่ผี สมแล้วจะถูกขยายให้มี กาลังสูงข้ึน แลว้ ส่งไปยังสายอากาศเพอ่ื กระจายคลื่นไปยงั เคร่ืองรับวิทยุ พดู คยุ ซกั ถามเพม่ิ เตมิ >> facebook คลายปมฟสิ กิ ส์

คลายปม ฟสิ กิ ส์ 151 การผสมสญั ญาณเสยี งกบั คลื่นวทิ ยมุ ี 2 ระบบ 1.ระบบเอเอม็ (AM: Amplitud Modulation) Mกาoรdผuสlaมtใiนoรnะ)บMบoนd้เี ปuน็laกtาioรnผ)สมทางด้านแอมพลจิ ดู คือ สญั ญาณของคลน่ื วทิ ยจุ ะเปล่ียนไปตามแอมพลจิ ูดของคล่นื เสียง แตค่ วามถคี่ งท่ีคลื่นชนิดนจ้ี ะสะทอ้ นได้ทีบ่ รรยากาศในชั้น ไอโอโนสเฟยี ร์ (Ionosphere) ซึ่งอยู่สูงจากโลกประมาณ100 กโิ ลเมตร ขอ้ ดี : ทาให้สามารติดต่อส่ือสารกบั สถานที่ท่ีอยไู่ กลๆได้ ขอ้ เสยี : คอื สัญญาณจะถกู รบกวนไดง้ ่ายซึง่ อาจส่งผลให้สัญญาณเสียงท่ีเคร่อื งรับได้รบั ไมช่ ดั เจน 2.ระบบเอฟเอม็ (FM: Frequence Modulation)การผสมในระบบนเี้ ป็นการผสมทางด้านความถี่ คือ สัญญาณของคล่ืนวทิ ยจุ ะเปลย่ี นไปตามความถ่ีของคลน่ืเสียง แตแ่ อมพลจิ ดู คงที่ คล่นื ชนิดนี้ไม่สามารถสะท้อนทบี่ รรยากาศในช้ัน ไอโอโนสเฟยี ร์ ได้(มันจทะลุออกไปนอกช้ันบรรยากาศเลย) ขอ้ ดี : สญั ญาณไมถ่ ูกรบกวนทาใหเ้ สยี งท่ไี ดร้ บั ชัดเจน ขอ้ เสยี :ตดิ ตอ่ สอื่ สารได้ในระยะสน้ั ๆ แต่ถา้ ต้องการให้ส่งได้ไกลๆ กส็ ามารถทาได้โดยการ สร้างสถานีย่อยเพื่อรับสัญญาณจากแม่ขายถ่ายทอดไปเปน็ ระยะๆ พดู คยุ ซกั ถามเพม่ิ เตมิ >> facebook คลายปมฟสิ กิ ส์

152 คลนื่ แม่เหลก็ ไฟฟา้ การสง่ กระจายเสยี งดว้ ยคลนื่ วิทยรุ ะบบเอเอม็ การสง่ กระจายเสยี งดว้ ยคลน่ื วทิ ยรุ ะบบเอเอม็ นนั้ คลน่ื สามารถเคลอื่ นทไ่ี ปยงั เครอื่ งรบั ได้ 2 ทางคอื 1. คลน่ื ดนิ (Ground wave) คอื คลื่นทเี่ คลือ่ นทไ่ี ปโดยตรงในระดบั สายตาจากสถานีส่งไปยังสถานรี ับในแนว เส้นตรง การส่งแบบน้สี ง่ ไดไ้ มไ่ กลนกั เน่ืองจากความโค้งของโลก 2. คลนื่ ฟ้า(Sky wave) คือคลื่นท่เี คลอ่ื นทจี่ ากสถานีสง่ ขึ้นไปตกกระทบบรรยากาศชัน้ ไอโอโนสเฟียร์ แลว้ สะท้อนกลบั ลงมายังเครือ่ งรับ ทาให้เคลือ่ นทไี่ ปไดไ้ กลขนึ้ เป็นการแก้ปญั หาความโค้งของผวิ โลก สาหรบั คลนื่ วิทยใุ นระบบเอฟเอม็ ซง่ึ มคี วามถส่ี งู กวา่ จะมกี ารสะทอ้ นชนั้ ไอโอโนสเฟียรไ์ ดน้ อ้ ย จึงไมส่ ามารถใชค้ ล่ืนฟ้า ได้ จึงใชไ้ ดเ้ ฉพาะคลน่ื ดินทางเดียวเท่าน้นั จงึ ทาใหก้ ารสง่ สัญญาณไปยังเครื่องรับสง่ ไดใ้ กล้กว่าในระบบเอเอ็ม ถา้ ต้องการสง่ สญั ญาณครอบคลมุ พ้นื ที่ไกลๆ จะต้องสร้างสถานยี ่อยๆ เพอื่ รับสญั าณจากแม่ขา่ ยแลว้ ถา่ ยทอดไป เปน็ ระยะๆ และผูร้ ับตอ้ งต้งั สายอากาศสูงๆ Note. พดู คยุ ซกั ถามเพมิ่ เตมิ >> facebook คลายปมฟสิ กิ ส์

คลายปม ฟสิ กิ ส์ 153 6.2) ไมโครเวฟ (Microwave) คลื่นไมโครเวฟมีความถีอ่ ยใู่ นชว่ ง 108 1012เฮิรตซ์ไม่สะทอ้ นท่ชี ้ันไอโอโนสเฟยี ร์สะทอ้ นกบั ผิวโลหะได้ดี จงึ ถกู นาไปประยุกต์ใชใ้ นอปุ กรณค์ น้ หาวัตถุในทอ้ งฟ้าที่เรียกว่า“เรดาร์”ไมท่ าปฏิกิริยากบั ฟลิ ์มถา่ ยรูปถกู ดดู กลืนดว้ ยน้าได้เปน็ อยา่ งดี จงึ ถกู นาไปใชป้ ระโยชนใ์ นเตาไมโครเวฟใชส้ ่งสญั ญาณโทรทัศน์ผ่านดาวเทียม 6.3) รงั สอี นิ ฟาเรด (Infrared Ray) เป็นรงั สีความรอ้ นท่ีมีความถ่อี ยใู่ นช่วง 108 1012เฮิรตซ์ ทาปฏิกริ ยิ ากับฟิล์มถา่ ยรูปบางชนิด สามารถทะลุผา่ นเมฆหมอกท่ีหนาๆได้ มองไม่เห็นด้วยตาเปลา่ แต่ให้ความรู้สกึ รอ้ น กับผิวหนงั ใชส้ ารวจทรัพยากรธรรมชาติ เช่นการอพยพ ของฝูงสัตวโ์ ดยใชด้ าวเทียมถา่ ยภาพ ใชใ้ นอาวธุ นาวิถี ประยุกต์ทาเป็นกลอ้ งส่องสตั ว์ในเวลากลางคนื ใชเ้ ป็นสญั ญาณควบคุมในรโี มท พดู คยุ ซกั ถามเพม่ิ เตมิ >> facebook คลายปมฟสิ กิ ส์

154 คลนื่ แม่เหลก็ ไฟฟา้ 6.4) แสงทตี่ ามองเหน็ (Visible Light)  มคี วามถอ่ี ย่ใู นช่วง1014 เฮริ ตซ์  ทาปฏกิ ริ ิยากับฟลิ ์มถ่ายรูป  มนษุ ย์สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปลา่ มี 7 สี 6.5) รงั สอี ลั ตราไวโอเลต (Ultraviolet Light) มีความถ่อี ยู่ในช่วง 1015 1018 เฮิรตซ์ สามารถฆา่ เชื้อโรคบางชนิดได้ ทาให้สารเรอื งแสงเกดิ การเรอื งแสง เปน็ อนั ตรายตอ่ ผิวหนังและตาของมนุษย์ถ้า ได้รบั ในปรมิ าณมาก สว่ นใหญ่เกดิ จากการแผ่รังสีของดวงอาทติ ย์ ชว่ ยในกระบวนการสังเคราะหว์ ิตามนิ ดี ทาให้เกดิ ประจุอสิ ระและไอออนใน บรรยากาศชัน้ ไอโอโนสเฟียร์ 6.6) รงั สเี อกซ์ (X-Ray) มคี วามถอี่ ยู่ในชว่ ง 1016 1022เฮิรตซ์ เกดิ จากการเร่งอเิ ล็กตรอนเขา้ ชนโลหะหนกั มีอานาจทะลุทะลวงสงู ใชต้ รวจวนิ จิ ฉัยโรค และตรวจสอบอาวธุ ใน กระเป๋าเดนิ ทาง ใชศ้ กึ ษาโครงสร้างของอะตอม ถกู กันโดยอะตอมของโลหะหนกั ไดด้ ีกว่าโลหะเบาพดู คยุ ซกั ถามเพมิ่ เตมิ >> facebook คลายปมฟสิ กิ ส์

คลายปม ฟสิ กิ ส์ 155 6.7) รงั สแี กมมา(Gamma Ray)  ถกู กน้ั ด้วยอะตอมของธาตุหนกั ไดด้ กี ว่าอะตอมของธาตเุ บา เชน่ ตะกว่ั  ใช้ในการรักษาโรค เช่น ใชโ้ คบอลต์ – 60 รักษาโรคมะเร็ง ใช้ไอโอดีน-131 รักษาโรคคอพอก  ใชอ้ าบรังสีผลผลติ ทางการเกษตรเพอื่ ให้เกบ็ รักษาได้นานๆ  ใช้ในการแปลงพันธ์พืช  ใชเ้ ปล่ียนสอี ันญมณี  ทาให้เกิดโรคมะเรง็  ทาลายเซลของร่างกายตลอดจนเนื้อเยื่อ ถา้ ไดร้ ับปริมาณมากอาจเป็นอันตรายถึงชีวิตได้  คล่นื แม่เหล็กไฟฟา้ ท่ีมคี วามถส่ี งู กว่ารังสเี อกซข์ ึ้นไป สว่ นใหญ่เกิดจากธาตกุ ัมมนั ตรงั สี  มีอานาจทะลทุ ะลวงสงู มาก รังสีแกมมาสามารถฆา่ เซลล์ทีม่ ีชวี ติ ได้ จงึ ใช้สาหรับฆ่าเซลล์มะเร็งโดยไม่ต้องมกี ารผ่าตดั ทยี่ ุ่งยากซับซอ้ น ซงึ่เรียกวา่ \"Radiotherapy\" พดู คยุ ซกั ถามเพม่ิ เตมิ >> facebook คลายปมฟสิ กิ ส์

156 คลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟา้ 7.โพราไรเซชนั (Polarization) จากการศกึ ษาพบว่าแสงสามารถเลยี้ วเบนและแทรกสอดได้ ซึง่ สมบัติทัง้ สองนี้ทาให้เราทราบว่าแสงเป็นคลืน่ คาถาม : ถา้ บอกวา่ แสงเป็นคลืน่ แลว้ แสงจัดเป็นคลื่นตามยาวหรือคล่ืนตามขวาง ตอบ : แสงเป็นคลื่นตามขวาง ซ่ึงสามารถศกึ ษาไดจ้ ากสมบตั ิโพลาไรเซชนั ของแสงดังต่อไปน้ี โพลาไรเซชนั เปน็ ลักษณะเฉพาะตัวของคลนื่ ตามขวางทกุ คล่ืน เพ่ือให้น้องเห็นแนวคดิ เก่ียวกับโพลาไรเซชัน พ่จี ะขอยอ้ นไปพิจารณากรณีคลื่นในเสน้ เชือกซ่งึ เปน็ คลืน่ ตามขวางท่ีน้องค้นุ เคยมาแลว้ ก่อนดังน้ี ถ้าคล่ืนในเสน้ เชอื กมกี ารกระจัดเฉพาะในแนวแกน y แนวเดยี วเท่านน้ั ในทางฟสิ ิกส์เราพูดวา่ “ คลนื่ มโี พลาไรซเ์ ชงิ เสน้ ในทศิ y” ถ้าคลน่ื ในเสน้ เชือกมกี ารกระจดั เฉพาะในแนวแกน z แนวเดยี วเทา่ น้นัในทางฟสิ กิ สเ์ ราพูดว่า “ คลน่ื มโี พลาไรซเ์ ชงิ เสน้ ในทศิ z” แสงเปน็ คลน่ื แมเ่ หล็กไฟฟ้าซ่ึงประกอบดว้ ยสนามไฟฟา้ และสนามแมเ่ หล็กซ่งึ มที ิศทางต้ังฉากกัน และระนาบของสนามท้งั สองจะตั้งฉากกับทศิ ทางการเคลือ่ นที่ด้วย สาหรับการศกึ ษาเกยี่ วกบั โพลาไรเซชันของแสงจะศกึ ษากันเฉพาะเวกเตอรข์ องสนามไฟฟา้ ( )เทา่ น้ัน ท้ังน้เี พราะว่าเครอ่ื งมอื ตรวจสอบคลน่ื แม่เหล็กไฟฟ้าโดยท่ัวไปตอบสนองกับสนามไฟฟ้าไม่ใช่สนามแม่เหลก็เรามากาหนดนยิ ามกนั ก่อนนะครับจะได้ส่ือสารกนั รู้เรื่อง 1. แสงไมโ่ พลาไรซ์ คือ แสงที่มีระนาบการส่ันของสนามไฟฟ้าหลายระนาบไมแ่ น่นอน เช่น แสงอาทิตย์ แสงจากหลอดไฟ 2. แสงโพลาไรซ์ คือ แสงที่มรี ะนาบการส่ันของสนามไฟฟา้ เพียงระนาบเดียว 3. โพราไรเซชนั ของแสง คือ คาท่ีใชเ้ รียกปรากฎการณท์ ท่ี าให้แสงไม่โพลาไรซ์กลายเปน็ แสงโพลาไรซ์ 4. แผน่ โพลารอยด์ เปน็ วสั ดุท่ชี ว่ ยลดความเขม้ แสงโดยยอมใหส้ นามไฟฟา้ ของแสงผ่านไปได้ เฉพาะในแนวทีข่ นานกับแกนทข่ี นานกบั แกนของโพลารอยด์เท่าน้นั  แสงท่ีไม่โพลาไรด์ ถ้าผ่านแผ่นโพลารอยด์ จะเป็นแสงโพลาไรซ์  เม่อื แสงผา่ นแผ่นโพลารอยด์ 1 แผน่ ความเข้มของแสงจะลดลงหรือครึ่งหนึง่ ไม่ วา่ จะหมุนแกนแผ่นโพลารอด์ไปเป็นมุมเทา่ ใดก็ตาม ความเข้มแสงทอ่ี อกมาก็จะลดลงไปครงึ่ หนึ่งพดู คยุ ซกั ถามเพมิ่ เตมิ >> facebook คลายปมฟสิ กิ ส์

คลายปม ฟสิ กิ ส์ 157 7.1) ความสวา่ งของแสงเมอื่ ผา่ นแผน่ โพลารอยด์ถา้ ให้ E1 แทน แอมพลจิ ูดของสนามไฟฟา้ ที่ออกจากโพลารอยด์แผน่ ที่ 1 E2 แทน แอมพลิจดู ของสนามไฟฟ้าท่ีออกจากโพลารอยด์แผ่นที่ 2 I1 แทน ความเข้มของแสงที่ออกจากโพลารอยดแ์ ผน่ ที่ 1 I2 แทน ความเขม้ ของแสงที่ออกจากแผน่ โพลารอยดแ์ ผน่ ท่ี 2  แทน มุมทีแ่ กนของแผน่ โพลารอยด์ทง้ั สองแผ่นกระทาต่อกันสนามไฟฟา้ ที่ออกมาจากแผ่นที่สองหาได้จาก ������2 = ������1 cos ������ความเขม้ ของแสงทอี่ อกมาจากแผ่นที่สองหาไดจ้ าก ������2 = ������1������������������2������������0 ������1 = ������0 ������2 = ������1������������������2������ 2 แตกเวกเตอร์ให้อยใู่ นแนวแกนของแผ่นโพลารอยด์ จะได้สนามไฟฟา้ ทีผ่ ่านแผน่ ทส่ี องเป็น ������2 = ������1 cos ������ พดู คยุ ซกั ถามเพมิ่ เตมิ >> facebook คลายปมฟสิ กิ ส์

158 คลนื่ แม่เหลก็ ไฟฟา้ กรณตี วั อยา่ งท่นี า่ สนใจ 1. ถา้ แกนของแผน่ โพลารอยด์ทง้ั สองขนานกนั 2.  แสงทอี่ อกมาจะมีความสว่างมากท่ีสุด และ 2. ถา้ แกนของแผน่ โพลารอยดท์ งั้ สองตง้ั ฉากกนั  แสงทอ่ี อกมาจะมีความสวา่ งนอ้ ยที่สดุ (มดื ) 0 และ 3.เมอ่ื แสงผา่ นแผน่ โพลารอยด์ 3 แผน่ สังเกต: ถึงแม้วา่ แผน่ โพลารอยดแ์ ผน่ ที่ 1 กับแผ่นที่ 3 จะมแี กนต้งั ฉากกนั แตก่ ส็ ามารถมแี สงออกมาจาก แผ่นที่ 3 ได้ถา้ แกนของแผน่ ท่ี 2 ไมไ่ ปขนานกบั แกนของแผน่ ใดแผน่ หน่ึง พดู คยุ ซกั ถามเพมิ่ เตมิ >> facebook คลายปมฟสิ กิ ส์

คลายปม ฟสิ กิ ส์ 159 7.2) แสงโพลาไรซท์ เี่ กดิ จากการสะทอ้ น เซอรเ์ ดวิด บรวู เสตอร์ ทาการทดลองให้แสงตกกระทบวัสดโุ ปรง่ ใส เชน่ แกว้ พลาสติก นา้ เป็นตน้เขาทาการปรบั มุมตกกระทบไปเรื่อยๆ จนถงึ มมุ มุมหน่งึ (P ) ซงึ่ มุมน้ีเป็นมมุ ท่ีรงั สีสะท้อนกบั รงั สีหักเหทามุมกนั เปน็ มมุ 90 องศา เขาพบวา่ แสงท่สี ะท้อนออกมาเป็นแสงโพลาไรซ์ทง้ั หมดเลย (โพลาไรซ์ 100% ) เราเรียกมมุ น้วี ่า “มมุ โพลาไรซ(์ Polarizing Angle)” เขยี นแทนดว้ ยP หรือเรยี กได้อีกอย่างว่า ”มมุ บรวู สเตอร์(Brewster)”เขยี นแทนด้วยB (จะเรยี กอะไรก็ได้เหมอื นกันครบั )พิสูจนส์ ตู รจากรูป P  r  900 r  900 Pจากกฎการหกั เห sin1  n2 sin2 n1 sin P  n2 sinr n1 sin P   n2 n1 sin90  P2 = (ดรรชนหี กั เหของตวั กลาง2) ,1 = อากาศ = sin P  n cos P ta ������������ = ������ เราเรียกความสัมพันธน์ ว้ี ่า “กฎของบรสู เตอร”์หมายเหต:ุ เม่ือแสงอาทิตย์ตกกระทบผิวถนนหรอื ผิวนา้ แสงสะทอ้ นจะเปน็ แสงทมี่ ีโพลาไรซใ์ นแนวราบเป็นส่วนใหญ่ ผู้ผลิตแวน่ ตาจงึ ทาแวน่ ตัดแสงโดยใหแ้ กนโพลาไรซ์ของแว่นตาอยใู่ นแนวด่ิง ดังน้ันแสงโพลาไรซใ์ นแนวราบทส่ี ะท้อนจากถนนหรือผิวนา้ จึงผ่านไปที่ตาไดน้ ้อยมาก และแว่นตาชนดิ น้ียังสามารถลดความเข้มของแสงโดยรวมที่ส่งผ่านให้เหลอื น้อยกวา่ 50 % ของความเข้มของแสงไม่โพลาไรซ์ด้วย (ความรเู้ ดิม: แสงไม่โพลาไรซ์ผ่านแผ่นโพลารอยด์ความเข้มแสงจะลดลงไปคร่ึงหน่ึง)พดู คยุ ซกั ถามเพม่ิ เตมิ >> facebook คลายปมฟสิ กิ ส์

160 คลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟา้ 7.3 การกระเจงิ ของแสง (Scattering) การกระเจิงของแสง เปน็ ปรากฏการณ์ทท่ี าใหเ้ รามองเห็นทอ้ งฟ้าเปน็ สตี ่างๆ เชน่ ตอนเชา้ เราจะเห็นท้องฟ้าเป็นสี แดง สว่ นตอนกลางวนั เราจะเหน็ ท้องฟา้ เปน็ สีฟ้า เปน็ ตน้ หลกั การ : เมือ่ แสงเดนิ ทางมากระทบอนุภาคของอากาศ อนภุ าคในอากาศจะดูดกลืนแสงแล้วปลอ่ ยออกมาใน ทศิ ทางต่างๆ โดยความถข่ี องแสงที่ปล่อยออกมาจะเทา่ กับความถแี่ สงทดี่ ูดกลนื เขา้ ไป ทาใหเ้ รามองเหน็ ทอ้ งฟ้า เป็นสตี ่างๆ แสงท่ีกระเจิงได้ดีจะตอ้ งมีความยาวคลืน่ ใกล้เคียงกบั อนภุ าคอากาศเน่อื งจากอนุภาคอากาศมขี นาดเลก็ มากแสงที่มีความยาวคลนื่ ใกลเ้ คยี งกับอนุภาคของอากาศกค็ อื แสงสีม่วง และแสงสีนา้ เงนิ ซงึ่ เปน็ แสงทมี่ คี วามยาว คลนื่ สน้ั ดงั น้ันแสงสีม่วงและแสงสนี ้าเงนิ จะกระเจิงได้ดที ่ีสุด แสงสีทก่ี ระเจงิ ไดด้ ีสดุ ไปหาแย่สดุ เรยี งตามนี้ 1. สีมว่ ง 2. สคี ราม 3. นา้ เงนิ 4. เขียว 5. เหลอื ง 6. แสด(สสี ม้ ) 7. แดง  การเหน็ ทอ้ งฟา้ เปน็ สแี ดงในยามเชา้ หรอื ยามเยน็ เป็นเพราะแสงเดินทางมาไกล ในระหว่างทางแสงสอี ืน่ ๆ จะกระเจิงออกไปหมดโดยเฉพาะแสงสนี ้าเงินกบั แสงสมี ่วงท่กี ระเจิงได้ดีเหลอื ไวแ้ ตแ่ สงสีแดงทก่ี ระเจิงไม่ดีเขา้ มาหาเรา เมื่อแสงสีแดงตกกระทบก้อนเมฆมนั กจ็ ะเกิดการกระเจิงแสงสแี ดงออกมาพวกเราจงึ เห็นกอ้ นเมฆ เปน็ สีแดงในยามเช้าและยามเย็นไงละครบั  การเหน็ ทอ้ งฟา้ เปน็ สฟี า้ ในชว่ งตอนกลางวนั เกดิ จากการกระเจิงแสงของอนภุ าคของอากาศแสงสีท่ีเกดิ การ กระเจงิ คือแสงสฟี า้ เราจึงเห็นทอ้ งฟ้าเปน็ สฟี ้าในช่วงตอนกลางวนั ทาไมทอ้ งฟ้าแตล่ ะแหง่ มสี ไี มเ่ หมือนกนั 1. ถา้ บรเิ วณนนั้ อากาศแหง้ : บรรยากาศจะมีฝุ่นละอองเล็กๆ แสงสีน้าเงนิ และแสงสมี ว่ งจะกระเจงิ ได้ดี ทาใหเ้ หน็ ท้องฟา้ เปน็ สีฟา้ (เหตทุ ี่เราเห็นแตส่ ีฟา้ หรือสีน้าเงินไม่เห็นสีมว่ งเป็นเพราะประสาทตาเรารับรสู้ ีน้าเงินได้ ดีกว่าสี มว่ ง) 2. ถา้ บริเวณนนั้ สงู มากๆ อากาศจะเจือจางมากคือมอี นภุ าคอากาศนอ้ ยการกระเจิงของแสงก็จะนอ้ ย หรอื อาจจะไม่มกี ารกระเจงิ ของแสงเลยก็ได้ทาใหม้ องเหน็ ทอ้ งฟ้าเป็นสีดา 3. ถา้ บรเิ วณนน้ั ไมม่ บี รรยากาศ เชน่ บนดวงจันทร์ บนอวกาศ บริเวณนี้จะไม่มีอนภุ าคของ เม่ือไม่มอี นุภาคของ อากาศก็จะไมม่ กี ารกระเจิงของแสง ทาใหม้ องเห็นท้องฟ้าเปน็ สีดาตลอดเวลา ไม่วา่ จะเปน็ กลางคนื หรอื กลางวนั ก็จะมองเหน็ ดาวได้เหมือนกนั พดู คยุ ซกั ถามเพมิ่ เตมิ >> facebook คลายปมฟสิ กิ ส์

คลายปม ฟสิ กิ ส์ 161 7.4) แสงกระเจิงเปน็ แสงโพลาไรซ์ เม่อื แสงอาทิตย์ (แสงไม่โพลาไรซ์) ตกกระทบอนภุ าคของอากาศจะเกดิ การกระเจิงของแสงข้นึ ซงึ่ การส่นัของสนามไฟฟา้ ของแสงจะตั้งฉากกับทศิ ทางการเคล่ือนท่ีของแสงเสมอ ดงั นั้นสนามไฟฟา้ กจ็ ะสน่ั อยู่ในระนาบทตี่ ง้ั ฉากกับทิศทางการเคลอ่ื นท่ขี องแสงเท่านน้ั ถ้าเรานาแผ่นโพลารอยด์มามองดแู สงในทศิ ทางตงั้ ฉากกับสนามไฟฟ้า แลว้ หมุนแกนของแผ่นโพลารอยดไ์ ปเรอ่ื ยๆ จะเกิดมดื สว่างสลบั กนั ไปแสดงวา่ แสงท่กี ระเจิงเป็นแสงโพลาไรซ์ แต่ต้องมองในตาแหนง่ ทเี่ หมาะสม โดยตาแหนง่ ทแ่ี สงโพลาไรซม์ ากทสี่ ดุ คอื ตาแหนง่ ทตี่ ้งั ฉากกบั การเคลอื่ นทขี่ องแสง พดู คยุ ซกั ถามเพมิ่ เตมิ >> facebook คลายปมฟสิ กิ ส์

162 คลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟา้แนวข้อสอบ คลื่นแมเ่ หลก็ ไฟฟ้าStep1.จับประเด็นให้ไดว้ ่าโจทย์เขาให้อะไรมา? แล้วเขาถามอะไรเรา?step 2. วาดรปูstep 3. โจทย์ถามอะไรต้ังสมการนัน้ กอ่ น ตัวแปรใดยงั ไมร่ ู้ใหต้ ดิ (.....)ไว้Ex1. คลนื่ ตอ่ ไปน้ี เป็นคล่นื ทอ่ี าศัยตัวกลางในการเคลืน่ ท่ี ( O-NET’49 1 คะแนน )ก. คลืน่ แสง ข. คลืน่ เสียง ค.คลน่ื ผิวนา้คาตอบท่ถี ูกตอ้ งคอื1. ท้ัง ก ข และ ค 2. ข้อ ข และข้อ ค3. ข้อ ก เทา่ นนั้ 4. ผิดทุกขอ้Ex2. ในการตดิ ตงั้ เสาตรวจรบั สนามแมเ่ หลก็ ท่ีมากบั คลื่นแม่เหลก็ ไฟฟ้า ลกั ษณะเสาอากาศและการตดิ ต้ังคือ 1. แท่งโลหะตรง และให้ความยาวของโลหะต้ังฉากกบั ทศิ การเปล่ยี นแปลงของสนามแมเ่ หลก็ 2. ใช้แท่งโลหะตรง และให้ความยาวของโลหะขนานกบั ทศิ การเปล่ียนแปลงของสนามแมเ่ หล็ก 3. ใชเ้ สาขดเปน็ วง และให้ระนาบของวงกลมต้ังฉากกับทศิ การเปล่ยี นแปลงของสนามแม่เหลก็ 4. ใช้โลหะขดเปน็ วงกลม และให้ระนาบของวงกลมขนานกับทศิ ของการเปลยี่ นแปลงของสนามแมเ่ หลก็Ex3. ในการส่งสัญญาณไฟฟ้าจากวงจร x ไปวงจร y ซ่งึ เปน็ ขดลวดวงกลม เราพบวา่ ก. ทุกคร้งั ท่ีเกดิ ประกายไฟทข่ี ว้ั ของ x ก็จะเกดิ ประกายไฟที่ขวั้ y ข. สญั ญาณที่ y รับได้คอื สนามไฟฟ้าทีก่ าลงั เปลยี่ นแปลง ค. สญั ญาณท่ี y รับได้คือสนามแมเ่ หล็กทกี่ าลังเปลยี่ นแปลง ง. กระแสไฟฟ้าไหลในขดลวด y ในทิศตามเขม็ นาฬิกาข้อใดถกู ต้อง 2. ข้อ ข และ ค1. ขอ้ ก และ ข 4. ข้อ ก และ ค3. ข้อ ค และ งพดู คยุ ซกั ถามเพมิ่ เตมิ >> facebook คลายปมฟสิ กิ ส์

คลายปม ฟสิ กิ ส์ 163Ex4. ขดลวดเหน่ยี วนาดงั รูป ตอ่ เข้ากบั แหนง่ กาเนิดไฟฟา้ กระแสสลบั ทม่ี ีความถ่ี 300 MHz ท่ขี ว้ั ของ ขดลวดทุตยิ ภูม(ิ คือ A และ B ) ซ่ึงต่อกบั เส้นลวดตวั นาเส้นตรงสองเส้นเป็นสายอากาศยาว ค่า ควรเปน็ เทา่ ไร1. 10 cm 2. 30 cm 3. 50 cm 4. 100cmEx5. คลื่นวิทยุที่แผอ่ อกจากสถานวี ทิ ยุ 2 แห่ง มีความถี่ 90 เมกะเฮิรตซ์ และ 100 เมกะเฮิรตซ์ ความยาวคลน่ื ของคลน่ื วทิ ยุท้งั สองนีต้ า่ งกันเท่าไร1. 3.33 m 2. 3.00 m 3. 0.33 m 4. 0.16 mEx6. ขอ้ ใดเปน็ การเรียงลาดบั คล่ืนแมเ่ หลก็ ไฟฟ้าจากความยาวคลนื่ น้อยไปมากได้ถกู ตอ้ ง1. รังสเี อกซ์ อนิ ฟาเรด ไมโครเวฟ2. อนิ ฟาเรด ไมโครเวฟ รงั สีเอกซ์3. รังสเี อกซ์ ไมโครเวฟ อินฟาเรด4. ไมโครเวฟ อนิ ฟาเรด รังสีเอกซ์Ex7.การฝากสัญญาณเสยี งไปในคลื่นในระบบวทิ ยแุ บบ เอเอ็ม คลื่นวิทยุท่ไี ด้จะมลี กั ษณะอย่างไร1. คล่นื วิทยุจะเปล่ยี นแปลงแอมพลิจดู ตามแอมพลจิ ดู ของคลื่นเสยี ง2. คล่ืนวทิ ยุจะเปลีย่ นแปลงแอมปลจิ ูดตามความถ่ขี องคลื่นเสียง3. คลน่ื วิทยุจะเปล่ยี นแปลงความถตี่ ามแอมพลิจูดของคล่นื เสียง4. คลนื่ วทิ ยุจะเปลีย่ นแปลงความถ่ีตามความถ่ีของคลื่นเสียง พดู คยุ ซกั ถามเพมิ่ เตมิ >> facebook คลายปมฟสิ กิ ส์

164 คลนื่ แม่เหลก็ ไฟฟา้Ex8. คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้าทกุ ชนิดขณะเคล่อื นที่ในสญุ ญากาศจะมีสิ่งใดเทา่ กัน1. ความยาวคลื่น 2. ความถ่ี 3. ความเรว็ 4. แอมพลิจูดEx9. การแผ่รังสคี ลน่ื แม่เหล็กไฟฟ้าชนดิ ใดมีความยาวคลืน่ มากทีส่ ดุ1. รังสแี กมมา 2. แสงท่ตี ามองเห็น 3. ไมโครเวฟ 4. รงั สอี นิ ฟาเรดEx10. การตรวจตาแหน่งของวตั ถดุ ้วยเรดารอ์ าศัยการส่งคลน่ื แมเ่ หล็กไฟฟ้าในขอ้ ใด1. คลื่นแสง 2. อินฟาเรด 3. ไมโครเวฟ 4. อัลตราไวโอเลตEx11. แหล่งกาเนดิ คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ มหี ลายอย่างขอ้ ใดท่ีไม่ใช่1.วัตถทุ ีม่ อี ุณหภูมิสูง 2. อะตอมปลดปล่อยพลงั งาน3.อเิ ลก็ ตรอนปลดปล่อยพลังงาน 4. อเิ ล็กตรอนในกระแสไฟฟา้ ตรงทมี่ คี ่ากระแสคงทปี่ ลดปล่อยพลังงานEx12. ในเร่อื งเกย่ี วกับคลืน่ แม่เหลก็ ไฟฟ้าขอ้ ใดผิด 1. ทิศทางของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟา้ จะตัง้ ฉากกันเสมอ 2. สนามแมเ่ หลก็ และสนามไฟฟา้ จะต้งั ฉากซ่ึงกนั และกัน 3. ผลติ ขนึ้ ได้ดว้ ยการท่ีประจุเคลอ่ื นทด่ี ว้ ยความเร่ง 4. บางความยาวคล่นื ต้องอาศยั ตัวกลางในการเคล่อื นท่ีEx13. สายอวกาศวิทยุแบบหนึ่งจะรับสญั ญาณดที ่ีสุดตอ้ งมคี วามยาวเป็นครง่ึ หนึ่งของความยาวคล่นื จงหาความยาว ของสายอากาศที่รบั สญั ญาณวิทยุท่ีมคี วามถ่ี 90.0 MHz ได้ดีทสี่ ุด กาหนดใหค้ วามเร็วของคลืน่ วทิ ยมุ ีค่า เท่ากบั 3 x 108 m/sพดู คยุ ซกั ถามเพมิ่ เตมิ >> facebook คลายปมฟสิ กิ ส์

คลายปม ฟสิ กิ ส์ 165Ex14. เมือ่ มองแสงความถี่เดยี วจากหลอดไฟ โดยอาศัยแผน่ โพลารอยด์ 2 แผน่ P1 และ P2 ซง่ึ มี แกนต้งั ฉากกนั พบว่าไมม่ แี สงผา่ นแผ่นท้ังสองออกไป จากนั้นใส่แผ่นโพลารอยด์แผ่นที่สาม P3 ลงไประหว่าง P1 และ P2 โดยใหแ้ กนของ P3 ทามุม 45°กบั แกนของ P1 หลงั จากใส่ P3 ลงไปแล้ว ถา้ E1 และ E2 เปน็ แอมพลจิ ูดของสนามไฟฟา้ ของแสงที่ผ่าน P1 และ P2ตามลาดับ จงหา E2 E11. 0 2. 1 3. 1 4. 1 4 2 2Ex15.ดวงอาทิตยจ์ ะตอ้ งอยู่สงู จากขอบฟ้าเท่าไร จึงทาให้แสงแดดท่ีสะท้อนจากผวิ นา้ เป็นแสงโพลาไรซ์เชิงเสน้ 100% ใหด้ ชั นีหกั เหของน้าเท่ากับ 4/31. 30 องศา 2. 37 องศา3. 45 องศา 4. 53 องศาEx16.เมื่อแสงเดินทางจากอากาศไปตกกระทบบนผวิ แกว้ จงหามมุ ตกกระทบท่ีทาให้แสงสะทอ้ นเป็น คล่ืนโพลาไรซก์ าหนดดัชนหี กั เหของแก้วเท่ากบั 1.51. tan1 1  2. tan11.5 1.5 3. tan13 4. tan1 1  3 พดู คยุ ซกั ถามเพม่ิ เตมิ >> facebook คลายปมฟสิ กิ ส์