6a814060-6d19-49c4-b148-138deac4700e

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สเปกตรัมของ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า จัดทำโดย นางสาวปรียานุช จันทะคุณ ม.6/1 เลขที่15 เสนอ อาจารย์ไพโรจน์ ขุมขำ หนั งสื อเล่มนี้ เป็นส่ วนหนึ่ งของวิชาฟิสิ กส์ โรงเรียนชาติตระการวิทยา อำเภอชาติตระการ จังหวัดพิษณุโลก ภาคเรียนที่ 2 ปีการศึ กษา 2564

คำนำ หนั งสื อเล่มนี้ เป็นส่ วนหนึ่ งของวิชาฟิสิ กส์ จัดทำขึ้ นเพื่อให้ผู้ที่สนใจศึ กษา เกี่ยวกับสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ศึ กษาหาความรู้เกี่ยวกับ คลื่นวิทยุ ไมโครเวฟ รังสี ใต้แดงหรือรังสี อินฟาเรด แสง รังสี เหนื อม่วงหรือรังสี อัลตราไวโอเลต รังสี เอกซ์ รังสี แกมมา ซึ่งผู้จัดทำได้รวบรวมเนื้ อหาไว้ในหนั งสื อ เล่มนี้ ซึ่งผู้จัดทำหวังว่าหนั งสื อเล่มนี้ จะเป็นประโยชน์ แก่ผู้ที่สนใจมาศึ กษา หากผิด พลาดประการใด ผู็จัดทำขออภัยมา ณ ที่นี้ ด้วย ปรียานุช จันทะคุณ ผู้จัดทำ

สารบัญ หน้ า เรื่อง ก ข คำนำ 1 สารบัญ 2 18.2 สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า 3 4 18.2.1 คลื่นวิทยุ 4 18.2.2 ไมโครเวฟ 4 18.2.3 รังสี ใต้แดงหรือรังสี อินฟาเรด 5 18.2.4 แสง 5 18.2.5 รังสี เหนื อม่วงหรือรังสี อัลตราไวโอเลต 6 18.2.6 รังสี เอกซ์ 7 18.2.7 รังสี แกมมา 8 ตัวอย่าง แบบฝึกหัด เฉลยแบบฝึกหัด

1 บทที่18 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า 18.2 สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สเปกตรัม (Spectrum) ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะประกอบด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มี ความถี่และความยาวคลื่นแตกต่างกัน ซึ่งครอบคลุมตั้งแต่ คลื่นแสงที่ตามองเห็น อัลตราไวโอเลต อินฟราเรด คลื่นวิทยุ โทรทัศน์ ไมโครเวฟ รังสี เอกซ์ รังสี แกมมา เป็นต้น ดังนั้ นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า จึงมีประโยชน์ มากในการสื่ อสารและโทรคมนาคม และทางการ แพทย์ สมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า 1. ไม่ต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่ 2. อัตราเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิ ดในสุญญากาศเท่ากับ 3×108 m/s ซึ่งเท่ากับ อัตราเร็วของแสง 3. เป็นคลื่นตามขวาง 4. ถ่ายเทพลังงานจากที่หนึ่ งไปอีกที่หนึ่ ง 5. ถูกปล่อยออกมาและถูกดูดกลืนได้โดยสสาร 6. ไม่มีประจุไฟฟ้า 7. คลื่นสามารถแทรกสอด สะท้อน หักเห และเลี้ยวเบนได้

2 18.2.1 คลื่นวิทยุ คลื่นวิทยุมีความถี่ช่วง 104 – 109 Hz( เฮิรตซ์ ) ใช้ในการสื่ อสาร คลื่นวิทยุมีการส่ ง สั ญญาณ 2 ระบบคือ 1.1 ระบบเอเอ็ม (A.M. = amplitude modulation) ระบบเอเอ็ม มีช่วงความถี่ 530 – 1600 kHz( กิโลเฮิรตซ์ ) สื่ อสารโดยใช้คลื่นเสี ยงผสม เข้าไปกับคลื่นวิทยุเรียกว่า “คลื่นพาหะ” โดยแอมพลิจูดของคลื่นพาหะจะเปลี่ยนแปลงตาม สั ญญาณคลื่นเสี ยง ในการส่ งคลื่นระบบ A.M. สามารถส่ งคลื่นได้ทั้งคลื่นดินเป็นคลื่นที่ เคลื่อนที่ในแนวเส้ นตรงขนานกับผิวโลกและคลื่นฟ้าโดยคลื่นจะไปสะท้อนที่ชั้นบรรยากาศ ไอโอโนสเฟียร์ แล้วสะท้อนกลับลงมา จึงไม่ต้องใช้สายอากาศตั้งสูงรับ 1.2 ระบบเอฟเอ็ม (F.M. = frequency modulation) ระบบเอฟเอ็ม มีช่วงความถี่ 88 – 108 MHz (เมกะเฮิรตซ์) สื่ อสารโดยใช้คลื่นเสี ยงผสม เข้ากับคลื่นพาหะ โดยความถี่ของคลื่นพาหะจะเปลี่ยนแปลงตามสั ญญาณคลื่นเสี ยง ในการ ส่ งคลื่นระบบ F.M. ส่ งคลื่นได้เฉพาะคลื่นดินอย่างเดียว ถ้าต้องการส่ งให้คลุมพื้นที่ต้องมี สถานี ถ่ายทอดและเครื่องรับต้องตั้งเสาอากาศสูง ๆ รับ ***ช่วงคลื่นวิทยุ (radio wave) เป็นช่วงคลื่นที่เกิดจากการสั่ นของผลึกเนื่ องจากได้รับ สนามไฟฟ้า หรือเกิดจากการสลับขั้วไฟฟ้า สำหรับในช่วงไมโครเวฟ มีการให้ชื่อเฉพาะ เช่น P band ความถี่อยู่ในช่วง 0.3 – 1 GHz (30 – 100 cm) L band ความถี่อยู่ในช่วง 1 – 2 GHz (15 – 30 cm) S band ความถี่อยู่ในช่วง 2 – 4 GHz (7.5 – 15 cm) C band ความถี่อยู่ในช่วง 4 – 8 GHz (3.8 – 7.5 cm) X band ความถี่อยู่ในช่วง 8 – 12.5 GHz (2.4 – 3.8 cm) Ku band ความถี่อยู่ในช่วง 12.5 – 18 GHz (1.7 – 2.4 cm) K band ความถี่อยู่ในช่วง 18 – 26.5 GHz (1.1 – 1.7 cm) Ka band ความถี่อยู่ในช่วง 26.5 – 40 GHz (0.75 – 1.1 cm

3 18.2.2 ไมโครเวฟ คลื่นโทรทัศน์ และไมโครเวฟมีความถี่ช่วง 108 – 1012 Hz มีประโยชน์ ในการสื่ อสาร แต่ จะไม่สะท้อนที่ชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ แต่จะทะลุผ่านชั้นบรรยากาศไปนอกโลก ใน การถ่ายทอดสั ญญาณโทรทัศน์ จะต้องมีสถานี ถ่ายทอดเป็นระยะ ๆ เพราะสั ญญาณเดินทาง เป็นเส้ นตรง และผิวโลกมีความโค้ง ดังนั้ นสั ญญาณจึงไปได้ไกลสุดเพียงประมาณ 80 กิโลเมตรบนผิวโลก อาจใช้ไมโครเวฟนำสั ญญาณจากสถานี ส่ งไปยังดาวเทียม แล้วให้ ดาวเทียมนำสั ญญาณส่ งต่อไปยังสถานี รับที่อยู่ไกล ๆ เนื่ องจากไมโครเวฟจะสะท้อนกับผิวโลหะได้ดี จึงนำไปใช้ประโยชน์ ในการตรวจหา ตำแหน่ งของอากาศยาน เรียก อุปกรณ์ ดังกล่าวว่า เรดาร์ โดยส่ งสั ญญาณไมโครเวฟออก ไปกระทบอากาศยาน และรับคลื่นที่สะท้อนกลับจากอากาศยาน ทำให้ทราบระยะห่าง ระหว่างอากาศยานกับแหล่งส่ งสั ญญาณไมโครเวฟได้ ***ความยาวช่วงคลื่นและความเข้มของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของแหล่ง กำเนิ ดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น ดวงอาทิตย์ มีอุณหภูมิ 6,000 K จะแผ่พลังงานในช่วงคลื่น แสงมากที่สุด วัตถุต่างๆ บนพื้นโลกส่ วนมากจะมีอุณหภูมิประมาณ 300 K จะแผ่พลังงานใน ช่วงอินฟราเรดความร้อนมากที่สุด คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศ จะถูก โมเลกุลอากาศ และฝุ่นละอองในอากาศดูดกลืน และขวางไว้ทำให้คลื่นกระเจิงคลื่นออกไป คลื่นส่ วนที่กระทบถูกวัตถุจะสะท้อนกลับ และเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศมาตกสู่ อุปกรณ์ วัด คลื่น เนื่ องจากวัตถุต่างๆ มีคุณสมบัติการสะท้อนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ช่วงคลื่นต่างๆ ไม่ เหมือนกัน ดังนั้ นเราจึงสามารถใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในการสำรวจจากระยะไกลได้ รูปต่อ ไปนี้ แสดงลักษณะการสะท้อนแสงเปรียบเทียบระหว่างวัตถุต่างชนิ ดกันที่ช่วงคลื่นต่างๆ กัน ความสามารถในการสะท้อนแสงของวัตถุต่างๆ บนพื้นโลกสามารถสรุปได้ดังนี้ -น้ำสะท้อนแสงในช่วงแสงสี น้ำเงินได้ดี และดูดกลืนคลื่นในช่วงอื่นๆ และให้สั งเกตว่า น้ำจะดูดกลืนคลื่น IR ช่วง 0.91 mm ในช่วงนี้ ได้ดีมาก -ดินสะท้อนแสงในช่วงคลื่นแสงได้ดีทุกสี -พืชสะท้อนแสงช่วงสี เขียวได้ดี และสะท้อนช่วงอินฟราเรดได้ดีกว่าน้ำและดินมาก

4 18.2.3 รังสัใต้แดงหรือรังสีอินฟาเรด รังสี อินฟาเรดมีช่วงความถี่ 1011– 1014 Hz หรือความยาวคลื่นตั้งแต่ 10-3– 10-6เมตร ซึ่งมี ช่วงความถี่คาบ เกี่ยวกับไมโครเวฟ รังสี อินฟาเรดสามารถใช้กับฟิล์มถ่ายรูปบางชนิ ดได้ และใช้เป็นการควบคุมระยะไกลหรือรีโมทคอนโทรลกับเครื่องรับโทรทัศน์ ได้ 18.2.4 แสง 14 -7 -7 แสงมีช่วงความถี่ 10 Hz หรือความยาวคลื่น 4×10 – 7×10 เมตร เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ประสาทตาของมนุษย์รับได้ สเปคตรัมของแสงสามารถแยกได้ ดังนี้ 18.2.5 รังสีเหนือม่วงหรือรังสีอัลตราไวโอเลต รังสี อัลตราไวโอเลต หรือ รังสี เหนื อม่วง มีความถี่ช่วง 1015 – 1018 Hz เป็นรังสี ตาม ธรรมชาติส่ วนใหญ่มาจากการแผ่รังสี ของดวงอาทิตย์ ซึ่งทำให้เกิดประจุอิสระและไอออนใน บรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ รังสี อัลตราไวโอเลต สามารถทำให้เชื้อโรคบางชนิ ดตายได้ แต่มีอันตรายต่อผิวหนั งและตาคน

5 18.2.6 รังสีเอกซ์ รังสี เอกซ์ มีความถี่ช่วง 1016 – 1022 Hz มีความยาวคลื่นระหว่าง 10-8 – 10-13เมตร ซึ่ง สามารถทะลุสิ่ งกีดขวางหนา ๆ ได้ หลักการสร้างรังสี เอกซ์คือ การเปลี่ยนความเร็วของ อิเล็กตรอน มีประโยชน์ ทางการแพทย์ในการตรวจดูความผิดปกติของอวัยวะภายในร่างกาย ในวงการอุตสาหกรรมใช้ในการตรวจหารอยร้าวภายในชิ้นส่ วนโลหะขนาดใหญ่ ใช้ตรวจหา อาวุธปืหรือระเบิดในกระเป๋าเดินทาง และศึ กษาการจัดเรียงตัวของอะตอมในผลึก 18.2.7 รังสีแกมมา รังสี แกมมามีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้ามีความถี่สูงกว่ารังสี เอกซ์ เป็น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากปฏิกิริยานิ วเคลียร์และสามารถกระตุ้นปฏิกิริยานิ วเคลียร์ได้ มี อำนาจทะลุทะลวงสูง -ช่วงรังสี แกมมา (gamma ray : l < 0.1 nm) และช่วงรังสี เอ็กซ์ (x-ray : 0.1 nm < l < 300 nm) เป็นช่วงที่มีพลังงานสูง แผ่รังสี จากปฏิกิริยานิ วเคลียร์ หรือจากสารกัมมันตรังสี -ช่วงอัลตราไวโอเลต เป็นช่วงที่มีพลังงานสูง เป็นอันตรายต่อเซลสิ่ งมีชีวิต -ช่วงคลื่นแสง เป็นช่วงคลื่นที่ตามนุษย์รับรู้ได้ ประกอบด้วยแสงสี ม่วง ไล่ลงมาจนถึง แสงสี แดง -ช่วงอินฟราเรด เป็นช่วงคลื่นที่มีพลังงานต่ำ ตามนุษย์มองไม่เห็น จำแนกออกเป็น อินฟราเรดคลื่นสั้ น และอินฟราเรดคลื่นความร้อน

6 ตัวอย่าง คำชี้แจง จงเลือกคำที่กำหนดให้เติมลงหน้ าข้อความที่มีความสั มพันธ์กัน คลื่นวิทยุ ไมโครเวฟ แสง รังสี เอ็กซ์ รังสีเหนื อม่วงหรือรังสีอัลตราไวโอเลต รังสีใต้แดงหรือรังสีอินฟาเรด รังสี แกมมา 1.สามารถกระตุ้นปฏิกิริยานิ วเคลียร์ได้ และมีอำนาจทะลุทะลวงสูง 2.เป็นรังสี ตามธรรมชาติส่ วนใหญ่มาจากการแผ่รังสี ของดวงอาทิตย์ 3.ใช้ประโยชน์ ในการตรวจหาตำแหน่ งของอากาศยาน 4.ใช้เป็นการควบคุมระยะไกลหรือรีโมทคอนโทรลกับเครื่องรับ โทรทัศน์ ได้ 5.มีประโยชน์ ทางการแพทย์ 6.เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ประสาทตาของมนุษย์รับได้ 7.ใช้ในการสื่ อสาร รังสี แกมมา 1.สามารถกระตุ้นปฏิกิริยานิ วเคลียร์ได้ และมีอำนาจทะลุทะลวงสูง รังสีอัลตราไวโอเลต 2.เป็นรังสี ตามธรรมชาติส่ วนใหญ่มาจากการแผ่รังสี ของดวงอาทิตย์ ไมโครเวฟ 3.ใช้ประโยชน์ ในการตรวจหาตำแหน่ งของอากาศยาน รังสีอินฟาเรด 4.ใช้เป็นการควบคุมระยะไกลหรือรีโมทคอนโทรลกับเครื่องรับ โทรทัศน์ ได้ รังสี เอ็กซ์ 5.มีประโยชน์ ทางการแพทย์ แสง 6.เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ประสาทตาของมนุษย์รับได้ 7.ใช้ในการสื่ อสาร คลื่นวิทยุ

7 แบบฝึกหัด 1.คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงใดที่ประสาทสั มผัสของมนุษย์รับรู้ได้ 2.ไมโครเวฟใช้ปรุงอาหารให้สุกเมื่อนำมาใช้ในการสื่ อสารระบบโทรศั พท์เคลื่อนที่จะเกิด อันตรายต่อผู้ใช้หรือไม่ เพราะอะไร 3.จงยกตัวอย่างการใช้ประโยชน์ และผลกระทบจากรังสี เหนื อม่วงที่มีต่อมนุษย์ 4.นอกจากการใช้ประโยชน์ ทางการแพทย์แล้ว เรายังใช้ประโยชน์ จากรังสี เอ็กซ์ในด้าน ใดบ้าง

8 เฉลยแบบฝึกหัด 1.ตอบ แสงที่ตามองเห็นสามารถรับรู็ได้ด้วยการมองเห็น และรังสี อินฟาเรดสามารถรับรู้ ด้วยกายสั มผัส 2.ตอบ ไม่เป็นอันตราย ถ้าหากผู้ใช้รับคลื่นที่มีความเข้มน้ อย เพระไม่ทำให้เกิดคามเสี ย หายต่อเนื้ อเยื่อ หรือโครงสร้างของดีเอ็นเอได้ แต่ถ้าหากผู้ใช้รับคลื่นนี้ ที่มีความเข้มมากๆ เป็นเวลานานอาจเป็นอันตรายได้ หากบริเวณที่รับเป็นอวัยวะสำคัญ 3.ตอบ ตัวอย่างการใช้ประโยชน์ ของรังสี เหนื อม่วง เช่น นำไปประยุกต์เป็นเป็นหลักการ ประดิษฐ์หลอดฟลูออเรสเซนต์เพื่อให้แสงสว่างหรือหลอดผลิตรังสี เหนื อม่วงสำหรับให้ สารบางชนิ ดเรืองแสงหรือฆ่าเชื้อโรค นอกจากนี้ รังสี เหนื อม่วงเมื่อตกกระทบผิวหนั งของ มนุษย์ทำให้ร่างกายสามารถสร้างวิตามินดีได้อีกด้วย ตัวอย่างผลกระทบจากรังสี เหนื อม่วง เช่น หากได้รับรังสี เหนื อม่วงมากเกินไป จะ ทำให้ผิวหนั งระคายเคือง เกิดความเสี ยหายกับเซลล์ผิวหนั ง ได้ และอาจนำไปสู่ การเป็น มะเร็งผิวหนั งด้วย 4.ตอบ ด้านความปลอดภัยในท่าอากาศยานใช้ในการตรวจหาวัตถุอันตรายในกระเป๋า เดินทางโดยไม่ต้องเปิดกระเป๋า