ปญหาทาใหคิด! ยกที่ 22 : ถาตอนที่อยูห า งจากแหลงกาํ เนดิ เสียง 10.0 m วัดความเขมเสียงได 0.250 W/m2 เมื่อออก หางจากแหลง กาํ เนิดเปน 100 m ความเขมจะเปน เทา ไร? วเิ คราะหขอ มูลทรี่ ะยะหา งจากแหลงกําเนดิ เสยี ง 10.0 m ระยะหา ง R = 10.0 m ความเขม I = 0.250 W/m2 คาํ นวณกาํ ลังของเสียง จากสมการ วิเคราะหข อ มลู ที่ระยะหางจากแหลง กาํ เนดิ เสียง 100 m ระยะหา ง R = 100 m กําลัง P = 100 π W คํานวณความเขม เสยี ง จากสมการ ดังน้ัน ทรี่ ะยะหาง 100 m จะมีความเขม เสียงเทากบั 2.50 x 10-3 W/m2 หรืออาจคาํ นวณไดจาก เมื่อ k คือ คา คงทขี่ องการแปรผัน พจิ ารณาท่ี 10.0 m จะได พิจารณาท่ี 100 m จะได จะได เสรมิ : ความเขมกบั รูปคลน่ื จากสมการ เมอื่ แทน เขาไปจะได เห็นไดวาความเขมของเสียงน้ันขึ้นกับพลังงานของคล่ืนเสียงท่ีถูกสงผานตัวกลาง เม่ือความเขมเสียงมีคามาก แสดงวา พลงั งานที่ทาํ ใหอ นุภาคตัวกลางเกิดการสน่ั มีคา มาก จงึ สง ผลใหแ อมพลจิ ูดของคล่ืนเสียงมคี ามากตามไปดว ย ดงั นน้ั ความเขม เสยี ง จงึ สมั พนั ธก ับแอมพลิจูดของคลื่นเสียง โดยแอมพลิจูดมากเสยี งจะมคี วามเขมมาก ถาแอมพลจิ ูดนอยเสยี งจะมคี วามเขม นอย 50 ติวเขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya
2.4.2 ความดงั ความดัง (loudness) นั้นจะข้ึนกับความเขมของเสยี งโดยเม่ือความเขม ของเสยี งมากจะมีความดงั มาก ในการวดั ความดังเราจึงใชการวัดระดับความเขม ของเสียง ซ่งึ มีหนวยเปน เดซเิ บล (decibel) และเคร่ืองมือที่ใชวดั ระดบั ความเขม เสียง คอื decibel meter ระดับความเขมเสยี ง 0 เดซิเบล ถกู กําหนดจากการเริม่ ไดยินเสียง Decibel meter ทมี่ า : http://2.bp.blogspot.com/-81_YJVonwHc/ ความถ่ี 1000 Hz ซง่ึ มคี วามเขมเสยี ง เทากบั 10-12 W/m2 เรียกวา ขดี เริม่ ของการไดยิน (threshold of hearing) TTPePik8ktI/AAAAAAAACH0/cOA9Ml9ePtg/ s1600/Decibel_meter_diagonal.jpg ระดับความเขม เสยี ง 120 เดซเิ บล ถกู กําหนดจากการไดยนิ เสยี งความถี่ 1000 Hz และมีความเขมเสียง เทากับ 1.0 W/m2 ซ่งึ เริม่ เปน อันตรายกบั หขู องเรา เรยี กวา ขีดเริ่มของการเจบ็ ปวด (threshold of pain) เราสามารถคํานวณระดับความเขมเสียง หรอื ความดงั ไดจากสมการ 10 log เมอ่ื คอื ระดับความเขม เสยี ง หรอื ความดงั มีหนว ยเปน เดซเิ บล (dB) I คอื ความเขมเสียงทตี่ องการหาความดงั มีหนว ยเปน W/m2 I0 คอื ความเขมเสียงอา งองิ ซึง่ เปนความเขมเสียงท่ี 0 dB เทากบั 10-12 W/m2 เสรมิ : ความดังจากแหลงกาํ เนดิ เสยี งตา งๆ แหลงกําเนดิ เสยี ง ระดับความเขม เสียง (dB) ผลการรับฟง การหายใจปกติ 10 แทบไมไดย ิน การกระซิบแผว เบา 30 เงยี บมาก สํานักงานทเ่ี งียบ 50 เงยี บ การพดู คยุ ธรรมดา 60 ปานกลาง เครื่องดูดฝนุ 75 ดัง ถนนท่ีมีการจราจรหนาแนน 80 ดัง เครอ่ื งเจาะถนนแบบอัดลม 90 รบั ฟงบอ ยๆ การไดย นิ จะ เครอ่ื งตัดหญา 100 เสอื่ มอยา งถาวร ดสิ โกเ ธค การแสดงดนตรีประเภทรอ ค 120 ไมสบายหู ฟาผา ระยะใกล 130 เคร่อื งบินไอพนกําลงั ข้ึนที่ระยะใกล 150 เจ็บปวดในหู จรวดขนาดใหญก าํ ลงั ขึน้ ที่ระยะใกล 180 แกวหชู ํารุดทนั ที ติวเขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya 51
เสรมิ : ความถ่ี ความดังกับการไดยนิ ความสามารถในการไดย ินเสียงของมนุษยนน้ั ไมไ ดขึ้นกบั ความดังเพยี งอยา งเดียว แตย งั ขน้ึ อยกู บั ความถข่ี องเสยี งดว ย ดงั กราฟดา นลา ง ปญ หาทา ใหคดิ ! ยกท่ี 23 : เครือ่ งตัดหญา ทํางานอยหู างจากเรา 10.0 m วดั ระดบั ความเขม เสียงได 100 dB ถา มเี ครือ่ ง ตดั หญา 3 เคร่ืองเหมอื นกันและอยูหา งจากเรา 10.0 m เทากนั เราจะวัดระดบั ความเขมเสียงไดเ ทาไร วิเคราะหข อมลู เครือ่ งตดั หญามีระดบั ความเขมเสยี ง = 100 dB อยหู า งจากเรา R = 10.0 m I0 = 10-12 W/m2 สงิ่ ทตี่ อ งระวงั ! การทมี่ แี หลง กาํ เนดิ เสยี งเพมิ่ บอกถงึ พลงั งานหรอื กาํ ลงั จะเพมิ่ ขน้ึ โดยนาํ กาํ ลงั ของแตล ะแหลง กาํ เนดิ เสยี ง มารวมกัน ไมใ ชนาํ ระดบั ความเขมมารวมกนั คาํ นวณกาํ ลังของเครื่องตัดหญา 1 เคร่อื ง จากสมการ จะได จากสมการ นํา (2) แทนใน (1) จะได 52 ตวิ เขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya
คาํ นวณกาํ ลงั ของเครื่องตดั หญา 3 เครอ่ื ง จากเครอ่ื งตัดหญา 1 เครื่องมกี ําลัง 4 πW ดงั นนั้ เครือ่ งตัดหญา 3 เครอื่ ง จึงมกี าํ ลัง P3 = 3 (4 πW) = (12 πW) คํานวณความเขม เสยี งจากเคร่อื งตดั หญา 3 เครอ่ื ง จากสมการ คํานวณระดบั ความเขม เสียงจากเคร่ืองตัดหญา 3 เครือ่ ง จากสมการ ดังนนั้ เราจะวดั ระดับความเขมเสยี งได 105 dB คดิ เพม่ิ : จากปญหาทา ใหคดิ ! ยกที่ 23 เห็นไดว าการเพม่ิ เครอื่ งตดั หญามาเปน 3 เครือ่ ง ระดบั ความเขมของเสยี งหรอื ความ ดงั เพิ่มจาก 100 dB มาเปน 105 dB ซึ่งเพ่ิมมาแค 5 dB เทานน้ั ไมใชเพิ่มจาก 100 dB มาเปน 300 dB เนื่องจากวิธคี ดิ น้ัน เราจะคดิ โดยการนํากาํ ลังของแตละแหลง กาํ เนดิ เสียงมาบวกกัน แลว จึงนาํ กาํ ลังทร่ี วมกนั แลวน้นั มาหาความเขมเสียง แลว คอยนาํ ความเขม เสียงไปหาระดับความเขม เสียงหรือความดงั ไมใชคิดแบบนําระดบั ความเขม เสียงมาบวกกนั 2.4.3 มลพษิ ทางเสยี ง มลพษิ ทางเสยี ง (noise pollution) คือ เสียงทก่ี อ ใหเกดิ อนั ตรายตอ หูและรบกวนสภาพจิตใจของผฟู ง ซ่ึงตามขอ กาํ หนด ขององคก ารอนามยั โลก ระดับเสียงท่ีปลอดภัยตองไมเ กนิ 85 dB และไดย นิ ตดิ ตอกนั ไมเกิน 8 ช่ัวโมง ในปจจบุ นั กฎหมายท่ีควบคุมเก่ียวกับมลพิษทางเสยี งและความสน่ั สะเทือน ไดก าํ หนดมาตรฐานระดบั ความเขม เสียงโดยทัว่ ไปไวด งั นี้ กฎหมายเกย่ี วกับคุณภาพส่ิงแวดลอม 1. คาระดบั ความเขมเสียงสูงสดุ ไมเ กนิ 115 dB 2. คา ระดบั ความเขม เสียงเฉลย่ี 24 ชว่ั โมง ไมเกนิ 70 dB กฎหมายเกี่ยวกบั ยานพาหนะ 1. คา ระดบั ความเขม เสียงของรถยนต ขณะทเี่ ดินเครอื่ งยนตอ ยกู บั ท่ี (ไมร วมเสียงแตร) จะตอ งไมเ กิน 85 dB (เม่ือวดั หา ง จากรถยนต 7.5 m) หรอื ไมเกิน 100 dB (เมื่อวัดหา งจากรถยนต 0.5 m) 2. คาระดบั ความเขมเสยี งของจักรยานยนต ขณะทีเ่ ดินเคร่ืองยนตอยูกบั ที่ (ไมร วมเสยี งแตร) ตอ งไมเ กนิ 95 dB (เม่อื วดั หา ง จากรถยนต 0.5 m) ติวเขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya 53
กฎหมายเกย่ี วกบั โรงงาน สถานประกอบการ 1. คาระดับความเขม เสียงสูงสุดไมเกนิ 115 dB 2. คาระดับความเขม เสยี งเฉลยี่ 8 ชั่วโมง ไมเกนิ 75 dB 3. คา ระดับความเขม เสยี งเฉล่ีย 24 ชวั่ โมง ไมเ กนิ 70 dB 4. หามไมใ หบุคคลเขา ไปในบริเวณทีม่ ีคา ระดับความเขมเสียงเกินกวา 140 dB กฎหมายเก่ยี วกับการควบคุมการกอสราง 1. คา ระดบั ความเขมเสยี งตอ งไมเกิน 75 dB เมื่อวัดหางจากบรเิ วณทีไ่ ดร บั อนุญาตใหก อ สราง 30 m 2. หา มกอสรา งหรือกระทําการใดๆ ในบรเิ วณท่ไี ดร ับอนุญาตใหก อสราง ในชว งเวลา 22:00 – 06:00 น. (เวน แตมีมาตรการ ปอ งกนั เปนอยา งดแี ละไดร ับความเหน็ ชอบจากผวู า ราชการจงั หวัด) การลดระดับเสียง 1. ใชเ คร่อื งอุดหู (ear plugs) สามารถลดระดบั เสียงได 6 – 25 dB หรอื ใชเครื่องครอบหู (ear muffs) สามารถลดระดับเสียง ได 30 – 40 dB 2. ใชท ก่ี นั้ หรอื เบย่ี งเบนแนวการเคลอ่ื นทขี่ องคลน่ื เสยี ง เชน การใชแ นวกาํ แพงกนั้ เสยี งบนทางดว น เพอ่ื ไมใ หเ สยี งไปถงึ บา น เรือนหรืออาคารที่อยูใกล เปน ตน 3. ใชว ัสดเุ กบ็ เสยี งหรือดดู กลนื เสยี ง เชน การใชผา มานหนาๆ การใชก ระดาษชานออยบผุ นัง หรือการปพู รมหนาๆ เปนตน 2.4.4 ระดบั เสยี ง ระดบั เสียง (pitch) คอื ระดับความสงู ต่ําของเสียง เสยี งสงู (หรอื เสียงแหลม) คอื เสียงทีม่ คี วามถ่ีสงู และเสยี งตํ่า (หรือ เสยี งทุม) คือ เสียงท่มี ีความถ่ตี ํ่า ในทางวทิ ยาศาตร ระดบั เสยี งถูกแบง เปน 7 โนต คอื C (โด) D (เร) E (มี) F (ฟา) G (ซอล) A (ลา) และ B (ท)ี ระดบั เสยี ง C4 (โด) D4 (เร) E4 (มี) F4 (ฟา) G4 (ซอล) A4 (ลา) B4 (ท)ี ความถ่ี (Hz) 261.63 293.66 329.63 349.23 392.00 440.00 493.88 นอกจากโนต ท้ัง 7 ตัวแลว ยังมรี ะดับเสียงก่งึ กลางอกี 5 เสียง คอื C# (หรือ Db) Eb (หรอื D#) F# (หรือ Gb) Ab (หรอื G#) และ Bb (หรอื A#) รวมท้งั หมดเปน 12 โนต และแตละโนตจะมีคูแ ปดอีก 10 คา หรอื 10 ฮารม อนกิ ดังนนั้ ระดบั เสียงท้งั หมดจึงมี 120 โนต ซง่ึ เสยี งต่าํ สุดคอื C0 มีความถีเ่ ทากบั 16.352 Hz และเสยี งสงู สุดคอื B10 มคี วามถีเ่ ทา กับ 31608.5 Hz ท่ีมา http:/t/heenotreyr-acrheanrat.-bslcoigesnptiofict.-cpoimtc/h2.h0t1m2/l03/music- 54 ติวเขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya
โนต เดียวกันท่ีเปน ฮารมอนกิ ถัดไป จะมีความถเี่ ปนสองเทาของโนตนัน้ เชน ความถข่ี องโนต C1 จะเทากบั สองเทา ของความถี่ของโนต C0 เปน ตน ซ่งึ เขียนเปน สมการไดวา fn+1 = 2 fn เมอื่ f คือ ความถ่ี n คือ จํานวนฮารมอนิก ปญหาทา ใหคิด! ยกที่ 24 : โนต C0 มคี วามถ่ีเทากับ 16.352 Hz จงหาความถ่ีของโนต C1, C2, C3, C4 และ C10? วิเคราะหขอมลู f0 = 16.352 Hz คํานวณความถ่ขี อง C1 จจะากไดสวมากfา1ร=fn2+1f0==22fn(16.352 Hz) = 32.704 Hz คํานวณความถี่ของ C2 ท่ีมา :รhูปtแtpบ:บ//โcนnตx.เoดrียgว/cกoนั nทteี่เnปtน /mฮา1ร1ม1อ18น/ิกlatest/ จากสมการ f2 = 2f1 = 2 (32.704 Hz) = 65.408 Hz คาํ นวณความถีข่ อง C3 จากสมการ f3 = 2f2 = 2 (65.408 Hz) = 130.82 Hz คาํ นวณคจวาากมสถมขี่ กอางรCf44 = 2f3 = 2 (130.82 Hz) = 261.63 Hz คาํ นวณความถี่ของ C10 จากการหาความถขี่ อง C1 ถึง C4 เหน็ ไดว า fn = 2nf0 จะไดวา f10 = 210 = 2 (16.352 Hz) = 16744 Hz ดงั นั้น C1 มีความถี่เทากบั 32.704 Hz CC23 มีความถี่เทา กบั 65.408 Hz มีความถี่เทากับ 130.82 Hz C4 มีความถเ่ี ทากบั 261.63 Hz และ C10 มีความถ่ีเทา กบั 16744 Hz เสรมิ : จากปญ หาทา ใหคิด! ยกที่ 24 เหน็ ไดวา เราสามารถคาํ นวณความถี่ของโนตทฮี่ ารม อนกิ ตา งๆ ได เม่ือเรารูค วามถี่ มูลฐาน (f0) ของโนต นั้นๆ ตามสมการ fn = 2nf0 เมอ่ื ffn0 คือ ความถีข่ องฮารมอนิกที่ n คือ ความถมี่ ูลฐานของโนตนนั้ ๆ 2.4.5 คณุ ภาพเสียง เสยี งจากเคร่อื งดนตรนี ัน้ เกดิ จากการสน่ั ของตวั กลาง ทม่ี ลี ักษณะเปนคล่นื นิ่ง เหมือนกับการเกดิ คลื่นนงิ่ ในทอ ปลายปด (ปลายปดดานเดียว) ทอปลายเปด และทอ ปลายปด สองดา น (หรือเชือกทถี่ กู ตรึงท้งั สองดาน) ติวเขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya 55
บริเวณปลายปดของทอหรือปลายเชอื กที่ถูกตรึง จะเปน ตาํ แหนงบพั เพราะเปน บริเวณท่ีโมเลกุลของตัวกลางมกี ารเคลอ่ื นท่ีไดน อ ยท่สี ดุ เนื่องจาก ถูกตรงึ ใหอ ยกู บั ทีห่ รอื ถกู ชนใหตดิ กบั ปลายปดตลอด บรเิ วณปลายเปด ของทอ จะเปน ตาํ แหนงปฏบิ พั เพราะเปน บรเิ วณที่โมเลกุล ของตวั กลางสามารถเคลื่อนทเี่ ขาออกไดอ ยางอิสระท่สี ุด จากสมการ บอกกบั เราวา น่ันคอื คล่ืนนิ่ง ท่มี คี วามคล่ืนมากทส่ี ดุ จะเปนคลื่นนง่ิ ทม่ี ีความถต่ี ่ําทีส่ ุด เราเรยี ก ความถ่ีที่ตา่ํ ท่ีสุดวา ความถม่ี ูลฐาน (fundamental frequency) นอกจากความถ่ีมูลฐานแลว ในเคร่ืองดนตรียังสามารถเกิดคลื่นนิ่งความถ่ีอ่ืนๆ ที่สูงขึ้นได โดยมีคาเปนจํานวนเต็มเทากับ ความถี่มูลฐาน เรียกวา ฮารมอนิก (harmonic) และ ฮารมอนิกท่ี 1 ก็คือความถ่ีมูลฐานน่ันเอง ความสัมพันธระหวางความถ่ีท่ี ฮารม อนกิ ตางกบั ความถ่ีมูลฐาน สามารถเขยี นเปนสมการไดวา fn = nf1 เมื่อ fn คอื ความถข่ี องฮารมอนิกท่ี n n คือ เลขฮารมอนกิ f1 คือ ความถี่มลู ฐาน เราเรียกรวมทกุ ๆ ความถฮ่ี ารมอนกิ น้วี า ความถ่ีธรรมชาติ (natural frequencies) หรอื ความถสี่ ัน่ พอง (resonant frequencies) ทีมา : คhวttาpม:/ถ/eขี่ nอ.wงฮikาipรeมdอiaน.ิกor(gh/awrmikio/Hniacr)monic 56 ตวิ เขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya
เมื่อพิจารณาจากรูปดานบน เม่ือใหทอ หรือเชือกมีความยาวเทา กับ L จะไดวา ชนดิ ทอ ทอปลายปด ทอปลายเปด ทอปลายปด สองดา น หรอื เชือกทถี่ ูกตรงึ สองดา น วเิ คราะห ความยาวคลน่ื ความถ่ี n = 2N-1 n=N n=N จาํ นวนบัพหรือปฏิบัพ จาํ นวนบัพ จาํ นวนปฏบิ ัพ การนับเลขฮารม อนิก (n) N คอื ปญ หาทา ใหค ดิ ! ยกที่ 25 : คล่นื นง่ิ ในทอปลายปดทอหน่งึ มีความถ่มี ูลฐานเทา กบั 294 Hz จงหาความยาวของทอ ปลาย ปด เม่อื อัตราเรว็ ของเสียงในทอปลายปดเทา กบั 360 m/s ? วเิ คราะหขอมลู f1 = 294 Hz v = 360 m/s คาํ นวณความยาวของทอปลายปด จากสมการ จะได หรือ 30.6 cm ดังนั้น ทอ ปลายปด นี้มีความยาวเทากับ 30.6 cm ติวเขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya 57
เสียงเคร่ืองดนตรีแตละชนิดจะมีเอกลักษณของเสียง ทําใหเราสามารถแยกออกไดวาเปนเสียงของเครื่องดนตรีชนิดใดถึง แมจ ะเลน โนต เดยี วกนั เพราะวา เครอ่ื งดนตรแี ตล ะชนดิ มคี วามเขม ของคลนื่ เสยี งแตล ะฮารม อนกิ ทเี่ กดิ จากเครอ่ื งดนตรตี า งชนดิ กนั มี คาไมเ ทากัน และเม่ือนาํ คลน่ื เสยี งแตล ะฮารม อนิกมารวมกันทาํ ใหร ูปคลนื่ เสียงของแตล ะเครอ่ื งดนตรีมีความแตกตา งกนั ซง่ึ รูปคลื่น เหลา น้บี อกถึงคณุ ภาพของเสียงน่ันเอง ความถ่เี สยี งย่ิงสงู -> ความยาวคล่นื ย่งิ สัน้ -> เสยี งดนตรจี ะยิง่ เปน โทนเสยี งสงู ที่มา : http://cnx.org/contents/5612e514-585d-4327-abdf-d1a6aad41d6c@20/ Harmonic_Series 2.5 การเกดิ บตี ส เมอื่ คลน่ื เสยี งทม่ี คี วามถใี่ กลเ คยี งกนั 2 ขบวน มารวมกนั (ใชห ลกั การซอ นทบั ) จะทาํ ใหเ กดิ เสยี งดงั และเบาสลบั กนั เปน จงั หวะ เราเรียกปรากฏการณน้วี า บตี ส (beats) ซึง่ ความถี่ในการดงั และเบา เรียกวา ความถี่บีตส (beats frequency) ซ่ึงความถี่บตี สบอก เราวามีเสียงดังหรือเบากี่ครั้งในเวลา 1s และเราสามารถคํานวณความถี่บีตสและความถ่ีคาใหมที่เราไดยินไดจากสมการ และ เมอื่ fb คือ ความถีบ่ ตี ส fav คอื ความถ่เี ฉลี่ย ซึ่งเปนความถี่ทไ่ี ดย นิ f1 และ f2 คอื ความถ่ีจากแหลงกําเนดิ ท้งั สองแหลง 58 ตวิ เขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya
ปญหาทาใหค ดิ ! ยกท่ี 26 : เมอ่ื เคาะพรอมสอมเสียง 2 อันพรอมกนั วัดความถไี่ ด 442 Hz ซึ่งเสียงดังกลาวจะนนั้ มีการ ดงั และเบาสลบั กัน โดยใน 1 วนิ าทจี ะมเี สียงดัง 4 ครัง้ ความถี่ของเสยี งจากสอ มเสยี งท้งั สองมีคา เทาไร วิเคราะหข อ มลู ความถท่ี ่วี ดั ได คือ ความถเี่ ฉล่ีย fav = 442 Hz เสยี งดงั 4 คร้ังใน 1 วนิ าที บอกถงึ ความถี่บตี ส fb = 4 Hz คํานวณความถที่ ง้ั สอง จากสมการ จะได f1 + f2 = 2fav = 2(442 Hz) = 884 Hz 884 = f1 + f2 ..........(1) จากสมการ ให f1>f2 จะได fb = f1 - f2 = (4Hz) 4 = f1 - f2 ..........(2) (1) + (2) จะได 884 + 4 = 2f1 f1 = 444 Hz และ (1) - (2) จะได 884 - 4 = 2f2 f2 = 440 Hz ดงั นนั้ ความถขี่ องเสียงจากสอมเสียงท้งั สอง คอื 444 Hz และ 440 Hz 2.6 หแู ละการไดย ิน หูของเราทาํ หนา ท่ีเปลย่ี นพลงั งานกลทถ่ี ูกถายโอนผานคลน่ื เสียงเปนพลังงานไฟฟา สัญญาณไฟฟาดังกลาวจะถกู สงไปยงั สมอง เราแบง โครงสรางของหอู อกเปน 3 สว น คอื หชู นั้ นอก หชู นั้ กลาง และหูชัน้ ใน ทม่ี า : http://www.hearforlife.ca/resources/article/understanding_hearing_loss ตวิ เขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya 59
หชู นั้ นอก (External ear) ประกอบดวย ท่มี า : http:P//HhoYm10e1p/aegaerdse.btawi.lse.dhutm/~lmpaniagu/ ใบหู (pinna) ชว ยลดความเขมของคลน่ื เสยี งในบางคาความถ่ี และสะทอ นคลนื่ เสียงใหผานเขาไปในรหู ู รหู ู (auditory canal) ในรหู จู ะมขี ห้ี ูไวด ักฝนุ ไมใ หเ ขาไปถงึ แกวหู และหูช้ันกลาง แกวหู (eardrum หรือ tympanic membrane) ทําหนา ที่เปน ตัวรับแรงดันจากคล่ืนเสียง และสงตอ แรงดังกลา วไปยังหูชนั้ กลาง หูชั้นกลาง (Middle ear) ประกอบดว ย ทีม่ า : http:P//HhoYm10e1p/aegaerdse.btawi.lse.dhutm/~lmpaniagu/ กระดูกรปู คอ น (malleus) กระดูกรูปทง่ั (incus) และกระดูก รปู โกลน (stapes หรือ stirrup) กระดกู ทงั้ สามจะรับแรงตอจากแกว หู เนอ่ื งจากแกวหมู พี น้ื ท่รี บั แรงใหญกวาแตไ ดร บั แรงเทากบั กระดกู ทั้งสาม ซ่งึ มีพื้นรบั แรงนอยกวา กระดูกท้ังสามจึงไดร ับแรงตอหนวยพื้นที่มากกวา เสยี งจงึ มแี อมพลิจูดมากกวา มีความเขมเสียงเพ่มิ ขนึ้ ดังนนั้ กระดูกทัง้ สาม ชิ้นน้ีจึงทําหนา ทีเ่ พิม่ ความเขมเสยี งของคล่ืนเสยี งทีต่ กกระทบแกว หู ซึง่ เสยี งนจ้ี ะถกู สง ตอ ไปยงั ชอ งรปู ไข (oval window) และถกู สง ตอ ไปยงั หชู น้ั ใน เสริม : การปรับความดันภายในหู ภายในหูตอนกลางจะมที อยสู เทเชยี น (Eustachian tube) มีลกั ษณะเปน ทอ กลวงขนาดเลก็ เช่ือมตดิ ระหวา งคอหอยและหชู น้ั กลาง ชวยปรับความดนั ระหวา งภายในหูกบั ภายนอกหูใหม ีความดนั เทา กนั ถาหากระดบั ความดนั ภายในหแู ละภายนอกหูไมเ ทา กนั จะมีผลทาํ ใหร สู กึ หูอื้อ และถา เกิดความแตกตางมากจะทาํ ใหร ูสกึ ปวดหู หชู ัน้ ใน (Inner ear) ประกอบดวย cทoี่มmา/:chlotgtpg:e//dw_wzeTuwRs.stlYamchohMkiadinn.dg_p-tufbabscet.sh-tamnld#-sftichtaiosnh.. อวยั วะรปู หอยโขง (cochlea) ทาํ หนา ที่เปลย่ี นพลงั งานกลจาก ที่มา : http://homepaegaerdse.btwai.lse.dhutm/~lmpaniagu/PHY101/ การส่ันเปนพลงั งานไฟฟา และสง สัญญาณไฟฟา น้ีเขาสูสมอง นอกจากนี้ อวัยวะรูปหอยโขง ยงั ชวยรักษาการทรงตวั ของรา งกาย ภายในอวัยวะรปู หอยโขง มีโพรงกระดูก 3 โพรง โพรง สวนกลางเรียกวา ทออวยั วะรปู หอยโขง (cochlea duct) ซึง่ ภายในมีของเหลวทีเ่ คลอื่ นทไ่ี ด เม่ือเกดิ การสนั่ จากหสู ว นกลางทาํ ใหเ ซลลรูปขนเคล่อื นที่ และสวนบนของเซลล ถูกเปด และปด ทําใหเกิดสัญญาณไฟฟาขนึ้ โดยการเปด และปด น้ี จะตอบสนองกบั ความถ่ใี นชวงประมาณ 20 Hz – 20 kHz เราจงึ ไดยิน เสยี งทีม่ คี วามถ่ใี นชว งดงั กลาวเทานัน้ 60 ตวิ เขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya
3. คลืน่ แมเหลก็ ไฟฟา 3.1 ความสัมพนั ธระหวา งสนามไฟฟาและสนามแมเหลก็ ในป ค.ศ. 1819 ฮันส ครสิ เตียน เออรส เตด (Hans Christian Oersted) กําลงั สอนหนงั สืออยู ดวยความชางสงั เกต เขาพบวาเมอ่ื เขม็ ทศิ วางอยูใ กลๆ กบั เสน ลวดท่มี ีกระแสไฟฟา เข็มของเข็มทิศเบนออกจากแนวทศิ เหนอื -ใต เขาไดศ กึ ษาเพิ่ม เติมและไดขอสรปุ ในป ค.ศ. 1820 วา เมอื่ มกี ระแสไฟฟา ผานเสน ลวดจะเกิดสนาม แมเหล็กเปน วงรอบเสนลวด หลังจากนัน้ อองเดร มารี แอมแปร (Andre-Marie Ampere) ไดอ ธบิ าย ความสมั พันธร ะหวา งกระแสไฟฟาที่ผานเสน ลวดกบั สนามแมเหลก็ ทเี่ กดิ ข้ึนรอบๆ เสน ลวด เรยี กวา กฎของแอมแปร (Ampere’s law) ซ่งึ สนามแมเ หล็กจะวนรอบเสน ลวดตามกฎมอื ขวา โดย นิ้วโปง มอื ขวาเปนทศิ ของกระแสไฟฟา และอกี สนี่ ้ิวทเี่ หลือ เปน ทิศของสนามแมเ หลก็ ในป ค.ศ. 1831 ไมเคิล ฟาราเดย (Michael Faraday) ไดท ําในสิ่งตรง กนั ขามกบั เออรส เตด เขาใชแมเหลก็ เหน่ยี วนาํ ใหเ กดิ กระแสไฟฟา เขาไดขอสรุปวา การเปลี่ยนแปลงของสนามแมเหล็กทาํ ใหเ กดิ สนามไฟฟา ซง่ึ สนามไฟฟาสมั พนั ธ กับแรงเคลื่อนไฟฟา เรยี กวา กฎการเหนี่ยวนาํ ของฟาราเดย (Faraday’s law of induction) ความรูดงั กลาวนําไปสกู ารสรางกระแสไฟฟา ซงึ่ สําคญั อยา งมาก ในปจจบุ นั นอกจากนก้ี ารเคลอื่ นแทง แมเหลก็ เขา และออกจากขดลวดสามารถสรา ง disทp่มี laาy:_hartttipc:l/e/w.pwhpw?.parhtiilciclea_.cido=m1/49 กระแสไฟฟา ในขดลวด เรียกกระแสไฟฟา ทเี่ กดิ ขนึ้ น้วี า กระแสไฟฟา เหนย่ี วนํา (induced current) และในป ค.ศ. 1833 เฮนริช เลนซ (Heinrich Friedrich Emil Lenz) ไดอ ธิบายทิศทางท่ีเกดิ ขน้ึ ของกระแสเหนย่ี วนําท่ีสมั พันธก บั การเปลี่ยนแปลง ของสนามแมเหล็ก เรียกวา กฎของเลนซ (Lenz’s law) กฎของเลนซอ ธิบายวา กระแสไฟฟาเหนย่ี วนาํ ในขดลวดจะสรา งสนาม แมเหล็กในทิศตรงขา ม กบั การเปลยี่ นแปลงของสนามแมเหล็กที่ผานพืน้ ทห่ี นาตดั ของขดลวดนั้น และทิศของกระแสไฟฟาเหนย่ี วนํา กบั ทศิ ของสนามแมเ หล็กที่กระแส ไฟฟาเหนี่ยวนาํ สรางขึ้นจะสัมพันธต ามกฎมือขวา โดย น้วิ โปง มือขวาเปนทิศของสนาม แมเหลก็ ท่ีกระแสไฟฟา เหน่ียวนาํ สรา งขนึ้ และอกี สีน่ ้วิ ทเี่ หลือเปน ทิศของกระแสไฟฟา เหน่ยี วนํา ตวิ เขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya 61
เมื่อข้ัวแมเ หลก็ เหนือเคลอื่ นเขา หาขดลวด ทําใหส นามแมเหล็กท่ีผานพื้นที่หนาตดั ของ ขดลวดซงึ่ มีทศิ จากแทง แมเ หล็กเขา หาขดลวดเพมิ่ ขึน้ นั่นคอื ทิศการเปลีย่ นแปลงของสนามแม เหลก็ มที ิศจากแทง แมเ หลก็ เขา หาขดลวด ขดลวดจงึ สรางกระแสเหนยี่ วนาํ เพื่อท่ีจะสรางสนาม แมเหล็กที่มีทิศตรงขามกับทิศของการเปล่ียนแปลงสนามแมเหล็ก นั่นคือ ทิศออกจากขดลวด เขาหาแทง แมเ หล็ก จงึ ไดทิศของกระแสไฟฟาเหนีย่ วนําวนทวนเข็มนาฬกา เมื่อข้ัวแมเหล็กเหนือเคล่ือนออกจากขดลวด ทําใหสนามแมเหล็กท่ีผานพื้นท่ีหนาตัด ของขดลวดซึ่งมที ศิ จากแทง แมเ หลก็ เขา หาขดลวดลดลง น่ันคอื ทศิ การเปลย่ี นแปลงของสนาม แมเ หลก็ มที ศิ ออกจากขดลวดเขา หาแทง แมเ หลก็ ขดลวดจงึ สรา งกระแสเหนยี่ วนาํ เพอ่ื ทจ่ี ะสรา ง สนามแมเหล็กที่มีทิศตรงขามกับทิศของการเปลี่ยนแปลงสนามแมเหล็ก นั่นคือ ทิศจากแทง แมเหลก็ เขาหาขดลวด จึงไดทศิ ของกระแสไฟฟา เหนี่ยวนาํ วนตามเขม็ นาฬกา เม่ือข้ัวแมเหล็กใตเคล่ือนเขาหาขดลวด ทําใหสนามแมเหล็กที่ผานพื้นที่หนาตัดของ ขดลวดซึ่งมีทิศจากขดลวดเขาหาแทงแมเหล็กเพิ่มขึ้น น่ันคือ ทิศการเปล่ียนแปลงของสนาม แมเหล็กมีทิศออกจากขดลวดเขาแทงแมเหล็ก ขดลวดจึงสรางกระแสเหน่ียวนําเพ่ือท่ีจะสราง สนามแมเหล็กที่มีทิศตรงขามกับทิศของการเปลี่ยนแปลงสนามแมเหล็ก น่ันคือ ทิศจากแทง แมเ หล็กเขา หาขดลวด จึงไดท ศิ ของกระแสไฟฟา เหน่ยี วนาํ วนตามเข็มนาฬก า เมื่อขั้วแมเหล็กใตเคลื่อนออกจากขดลวด ทําใหสนามแมเหล็กที่ผานพ้ืนที่หนาตัดของ ขดลวดซ่ึงมีทิศจากขดลวดเขาหาแทงแมเหล็กลดลง น่ันคือทิศการเปล่ียนแปลงของสนาม แมเ หลก็ มที ศิ ออกจากออกจากแทง แมเ หลก็ เขา หาขดลวด ขดลวดจงึ สรา งกระแสเหนย่ี วนาํ เพอ่ื ท่ี จะสรางสนามแมเ หล็กทม่ี ที ิศตรงขา มกบั ทศิ ของการเปล่ยี นแปลงสนามแมเ หลก็ นนั่ คอื ทิศจาก แทง ออกจากขดลวดเขา หาแทง แมเ หลก็ จงึ ไดท ศิ ของกระแสไฟฟา เหนยี่ วนาํ วนทวนเขม็ นาฬก า 3.2 การเกิดคล่ืนแมเ หลก็ ไฟฟา ในหัวขอ ท่ีแลว เราไดท ราบแลว วา การเปลยี่ นแปลงของสนามไฟฟา ทาํ ใหเ กดิ สนามแมเหลก็ และการเปลี่ยนแปลงของสนาม แมเหล็ก ทาํ ใหเ กิดสนามไฟฟา จากความรเู หลา นีน้ ําไปสกู ารเสนอ ทฤษฎีการเกิดคลนื่ แมเ หล็กไฟฟา โดย เจมส คลารก แมกซเวลล (James Clerk Maxwell) ในป ค.ศ. 1864 และสมบูรณมากข้นึ ในตําราเรยี นท่ีเขาทาํ ขึน้ ในป ค.ศ. 1887 ความรนู ึ้ยังบอกกับเราอีกวา คลน่ื แมเ หลก็ ไฟฟา จะมีอตั ราเร็วในสุญญากาศคงทปี่ ระมาณ ซ่ึงคงท่เี สมอไมว า ผวู ัดจะเคลื่อนที่แบบใดก็ตาม หลงั จากนน้ั ในป ค.ศ. 1887 ไฮนร ชิ รดู อลฟ เฮรติ ซ (Heinrich Rudolf Hertz) สามารถสรา งและตรวจวดั คลนื่ แมเ หลก็ ไฟฟา ไดเ ปน ครงั้ แรก โดยการตอ วงจรอนกุ รมระหวา งขดลวดเหนย่ี วนาํ และตวั เกบ็ ประจุ ทาํ ใหเ กดิ ไฟฟา กระแสสลบั ในวงจร และการเปลย่ี น กลบั ไปกลบั มาของกระแสไฟฟา วงจร กค็ อื การทป่ี ระจไุ ฟฟา เคลอ่ื นทกี่ ลบั ไปกลบั มาในวงจร ทาํ ใหส นามไฟฟา รอบประจไุ ฟฟา เกดิ การ 62 ตวิ เขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya
เปลย่ี นแปลง สง ผลใหม เี ปลยี่ นแปลงของสนามแมเ หลก็ รอบๆ ประจไุ ฟฟา ดว ยนน่ั เอง และการเปลยี่ นแปลงดงั กลา วถกู แผอ อกไปเปน คล่ืนโดยรอบ ซึง่ คลืน่ ดงั กลา วประกอบดว ยสนามแมเ หล็กและสนามไฟฟา เรยี กวา คล่นื แมเหล็กไฟฟา (electromagnetic wave) สนามไฟฟา กบั สนามแมเหลก็ จะตั้งฉากซ่งึ กนั และกัน และตั้งฉากกับทิศการเคลอ่ื นทข่ี องคล่นื แมเ หลก็ ไฟฟา ซ่ึงเปนไปตาม กฎมือขวา โดยนิ้วโปงมือขวาแทนทิศการเคลื่อนท่ีของคลื่น นิ้วช้ีมือขวาแทนทิศของสนามไฟฟา และน้ิวกลางมือขวาแทนทิศของ สนามแมเหล็ก 3.3 สเปกตรัมของคลืน่ แมเ หล็กไฟฟา สเปกตรมั ของคล่นื แมเ หล็กไฟฟา (electromagnetic spectrum) คือ ชว งความถ่ีตา งๆ ของคลน่ื แมเหลก็ ไฟฟา คลนื่ วทิ ยุ (radio waves) ชว งความถี่ : นอยกวา 3 GHz (3 x 109 Hz) ชวงความยาวคลนื่ : มากกวา 10 cm (10-1 m) ผคู น พบ : ไฮนร ชิ รดู อลฟ เฮริตซ (Heinrich Rudolf Hertz) ชาวเยอรมนั ปท ค่ี น พบ : ค.ศ. 1887 เราใชค ลนื่ วทิ ยุในการ รบั -สง สัญญาณวิทยุและโทรทัศน แบงเปน ชว งความถ่ตี างๆ ดังนี้ ตวิ เขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya 63
ไมโครเวฟ (microwave) ชวงความถี่ : 3 GHz – 3 THz (3 x 109 HZ - 3 x 1012 Hz) ชวงความยาวคล่ืน : 0.1 mm – 10 cm (10-4 m - 10-1 m) ผูคน พบ : ไฮนริช รดู อลฟ เฮริตซ (Heinrich Rudolf Hertz) ชาวเยอรมนั ปท ค่ี น พบ : ค.ศ. 1888 เราใชค ลน่ื ไมโครเวฟในโทรศัพทเ คล่อื นที่ รบั -สง สญั ญาณดาวเทยี ม ใชในเรดาร (radar) สําหรบั ตรวจจับวตั ถตุ า งๆ และยัง ใชในการทําใหโ มเลกุลของน้ําเดอื ด ซึง่ เปน หลกั การของตไู มโครเวฟ รังสอี ินฟราเรด (infrared หรือ IR) ชวงความถ่ี : 3 THz – 430 THz (3 x 1012 HZ - 4.3 x 1014 Hz) ชวงความยาวคล่นื : 698 nm – 0.1 mm (6.98 x 10-7 m - 10-4 m) ผูคน พบ : วลิ เลียม เฮอรเชล (William Herschel) ชาวเยอรมันและอังกฤษ ปท ีค่ นพบ : ค.ศ. 1800 คาํ วา infra- หมายถงึ ตํา่ กวา ดังน้ัน infrared จึงหมายความวา สเปกตรัมของคล่นื แมเหล็กไฟฟา ท่มี ีความถ่ีตาํ่ กวา แสงสี แดง ซ่งึ วตั ถุท่มี คี วามรอนจะแผรงั สอี ินฟราเรดออกมา เชน รางกายของเรา เปนตน เราจึงนาํ ความรูน ี้ไปใชใ นการออกแบบกลองท่ี มองในเวลากลางคืน แสง (light) ชวงความถ่ี : 400 THz – 789 THz (4 x 1010 HZ - 7.89 x 1014 Hz) ชว งความยาวคลื่น : 380 nm – 750 nm (3.8 x 10-7 m - 7.5 x 10-7 m) เราสามารถแบงชว งแสงสีตางๆ ตามความยาวคล่นื และความถใี่ นสญุ ญากาศ ไดด ังน้ี สี มว ง นํ้าเงิน เขียว เหลอื ง สม แดง ความยาวคล่นื (nm) 380-450 450-500 500-570 570-590 590-610 610-760 668-606 606-526 526-508 508-484 484-400 ความถี่ (THz) 789-668 แสงสขี าวน้นั เกดิ จากการรวมกันของแสงในทกุ ๆ สีดวยอัตราสวนทเี่ หมาะสม รังสีอัลตราไวโอเลต (ultraviolet rays หรือ UV) ชวงความถี่ : 750 THz – 30 PHz (7.50 x 1014 Hz - 3 x 1016 Hz) ชวงความยาวคล่ืน : 10 nm – 400 nm (10-8 m - 4 x 10-7 m) ผูคน พบ : โจฮันน วลิ เฮรม รติ เทอร (Johann Wilhelm Ritter) ชาวเยอรมัน ปท่คี น พบ : ค.ศ. 1801 คาํ วา ultra- หมายถงึ เหนอื กวา หรอื มากกวา ดงั นน้ั ultraviolet จงึ หมายความวา สเปกตรมั ของคลน่ื แมเ หลก็ ไฟฟา ทม่ี คี วามถี่ มากกวาแสงสีมว ง รังสอี ัลตราไวโอเลตน้ันชวยในการสรา งวติ ามิน D ซงึ่ ชวยในการดูดซึมแคลเซียม ชว ยในการตรวจสอบการปลอม แปลงเอกสาร ชว ยในการฆา เชอ้ื โรคบางชนดิ ชว ยในการตรวจหาสารบางชนดิ ทม่ี องไมเ หน็ ดว ยตาเปลา เชน คราบอสจุ ิ เลอื ด ปส สาวะ เปนตน แตก ารไดร ับรังสีอลั ตราไวโอเลตมากเกินไปอาจกอ ใหเ กดิ มะเร็งในผิวหนงั และดีเอน็ เออาจถกู ทําลายได รงั สีเอกซ (x-rays) ชวงความถี่ : 30 PHz – 30 EHz (3 x 1016 Hz - 3 x 1019 Hz) ชวงความยาวคล่ืน : 0.01 nm – 10 nm (10-11 m - 10-8 m) ผูคนพบ : วิลเฮลม คอนราด เรินตเกน (Wilhelm Conrad Rontgen) ชาวเยอรมนั ปทีค่ น พบ : ค.ศ. 1895 64 ติวเขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya
รังสเี อกซ เปนคลืน่ แมเ หล็กไฟฟา ที่เกิดจากกระบวนการภายในอะตอม รังสีเอกซถ กู นาํ มาใชประโยชนอ ยางเชน ชว ยในการ วนิ ิจฉัยโรค ใชเ พื่อศกึ ษาการทาํ งานภายในรา งกาย ใชเ พ่ือศกึ ษาโครงสรา งของโมเลกุล เปน ตน รงั สแี กมมา (gamma rays) ชว งความถี่ : มากกวา 10 EHz (1019 HZ) ชวงความยาวคลน่ื : นอ ยกวา 0.03 nm (3 x 10-11 m) ผคู น พบ : ปอล วยี าร (Paul Villard) ชาวฝร่ังเศส ปท ่คี น พบ : ค.ศ. 1900 รังสแี กมมา เปน คลน่ื แมเหล็กไฟฟา ท่ีเกิดจากกระบวนการภายในนิวเคลียส รังสีแกมมาถูกนาํ มาใชป ระโยชนอ ยา ง เชน ชว ย ในการวินิจฉัยโรค ชวยในการศึกษาการทํางานของสารเคมีภายในรางกาย ชวยในการรักษาโรคมะเร็ง ชวยในการปรับปรุงพันธุพืช เปน ตน นอ งๆ สามารถศึกษาเพิม่ เติมไดท ่ี Tag : สอนศาสตร, ฟส ิกส, คล่นื , คลืน่ กล, คลืน่ เสียง, เสียง, คลื่นแมเหล็กไฟฟา , ปรากฏการณค ล่ืน • 10 : คล่นื กล 1 http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch4-1 • 11 : คลื่นกล 2 http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch4-2 • เสียง ตอนท่ี 1 http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch4-3 • เสียง ตอนที่ 2 http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch4-4 • เสียง ตอนท่ี 3 http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch4-5 ติวเขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya 65
• ฟสิกส ม.ปลาย เร่อื ง คล่นื ปรากฏการณคลื่น ตอนท่ี 1 http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch4-6 • ฟส ิกส ม.ปลาย เร่อื ง คลืน่ ปรากฏการณคลน่ื ตอนที่ 2 http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch4-7 • ฟส กิ ส ม.5 เรื่อง คล่ืน http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch4-8 • แมเหลก็ ไฟฟาและคล่ืนแมเ หล็กไฟฟา ตอนที่ 1 http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch4-9 • แมเ หล็กไฟฟาและคลืน่ แมเหลก็ ไฟฟา ตอนท่ี 2 http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch4-10 บนั ทึกชว ยจํา 66 ตวิ เขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya
บทท่ี 5 กัมมันตภาพรังสี และพลังงานนิวเคลยี ร 1. การคน พบกัมมนั ตภาพรังสี ในป ค.ศ. 1896 อองตวน อองรี แบก็ เกอเรล (Antoine Henri Becquerel) ดวยความบังเอญิ เขาไดวางกอนแรย ูเรเนียม ไวใกลๆ แผนฟลมถายภาพที่ถูกเก็บไวอยางมิดชิด และดวยความชางสังเกต เขาเห็นภาพเงาสีดําบนฟลมถายภาพนั้นดวยความ รอบคอบเขาไดล องนําวสั ดตุ างๆ มากัน้ ระหวา งฟล ม ถา ยภาพกับกอ นแรย เู รเนยี ม ปรากฏวา ยังคงเหน็ เงาสดี าํ บนฟลมถา ยภาพ ท่มี า : http://en.wikipedia.org/wiki/Henri_Becquerel ในป ค.ศ. 1989 ปแ อร ครู ี (Pierre Curie) และ มารี ครู ี (Marie Curie) ไดแ ยกธาตุทีส่ ามารถแผรงั สไี ดอ อกจากกอ นแร เรยี กธาตุนี้วา ธาตกุ ัมมันตภาพรังสี (radioactive element) หรอื สารกมั มันตภาพรงั สี (radioactive substance) สารเหลานี้เกิด จากการสลายตัวของนิวเคลยี สของอะตอมท่ไี มเ สถยี ร เราเรียกการสลายตัวนีว้ า กมั มันตภาพรงั สี (radioactivity) ดวยวธิ ีการแยก ธาตดุ งั กลา วนาํ ไปสูการคบพบธาตใุ หม ไดแก ธาตุพอโลเนียม (Polonium) และตามดว ยธาตเุ รเดยี ม (Radium) ท่มี า : http://scienceblogs.com/startswithabang/2010/03/17/why-is-helium-so-scarce/ ขอตกลงเชงิ สญั ลักษณ หรอื หรือ เพื่อสะดวกในการกลาวถงึ ธาตตุ างๆ เราจะใชส ัญลักษณข องธาตุดงั นี้ เม่ือ X คอื สญั ลักษณข องธาตุ นิยมใชแ บบน้ี Z คือ เลขอะตอม บอกถึงจาํ นวนโปรตอน N คือ จํานวนนวิ ตรอน A คอื เลขมวล บอกถงึ ผลรวมของจํานวนโปรตอนกบั จาํ นวนนิวตรอน (A = Z + N) ตวิ เขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya 67
2. ไอโซโทป เลขอะตอมหรอื จาํ นวนโปรตอนเปน สง่ิ ทบี่ อกถงึ ชนดิ ของธาตุ นนั่ คอื ธาตชุ นดิ เดยี วกนั จะตอ งมจี าํ นวนโปรตอนเทา กนั จงึ เปน ไปไดที่จะมธี าตุชนิดเดียวกนั (จํานวนโปรตอนเทากนั ) แตมีเลขมวลหรอื จาํ นวนนิวตรอนภายในนวิ เคลียสไมเทากัน การทธ่ี าตเุ ดียวกนั มีจํานวนโปรตอนเทากัน แตมีจํานวนนิวตรอนหรือเลขมวลไมเทากัน เราเรียกวา ไอโซโทป (isotope) เชน คารบอน-11 ( ) คารบ อน-12 ( ) คารบอน-13 ( ) และ คารบอน-14 ( ) หรอื ไฮโดรเจน (hydrogen : ) ดวิ ทเี รียม (deuterium : ) ทรเิ ทยี ม (tritium : ) ควอดเรยี ม (quadrium : ) เปนตน ทมี่ า :http://en.wikipedia.org/wiki/Isotope 3. กมั มันตภาพรงั สี ทมี่ า : http://www.artinaid.com/2013/04/carbon-3/ ทมี่ า c: ohmttp/2:/0/a1n0o_t1h1e_r0b1ri_cakrincwhiavlel..bhltomglspot. ในกรณที ีน่ ิวเคลยี สของธาตุนั้นไมเสถยี ร ธาตนุ ัน้ จะเกิด การสลายตวั เองเปล่ียนเปนธาตอุ ่นื หรือเกิดกัมมนั ตภาพรังสี ซงึ่ นิวเคลียสที่ไมเสถียรมกั เกิดจากภายในนิวเคลยี สมจี าํ นวนนวิ ตรอน ไมเหมาะสมกบั จํานวนโปรตอน เราเรียกไอโซโทปของธาตทุ เี่ กิด กัมมันตภาพรงั สวี า ไอโซโทปกัมมนั ตรังสี (radioactive isotope) ในชวงแรกทมี่ กี ารศึกษาสารกมั มันตรงั สนี ั้น นกั วิทยาศาสตร ยังไมแนใ จนกั วา รงั สเี หลานั้นคืออะไร ความสงสัยเหลานี้นาํ ไปสกู าร ศึกษาสมบตั ิทางฟสิกสข องพวกมนั ในป ค.ศ. 1899-1900 เออรเนสต รทั เทอรฟ อรด (Ernest Rutherford) และ ปอล วียาร (Paul Villard) ไดจ ําแนกอนุภาคและ รังสที ี่ไดจากการเกิดกมั มนั ตภาพรังสี ตามลักษณะการเบย่ี งเบนของ อนุภาคและรงั สใี นสนามแมเ หล็ก ซงึ่ บอกถึงประจขุ องอนภุ าคและ รังสนี ้นั โดยแบง ออกเปน 3 ชนดิ คือ อนภุ าคแอลฟา (alpha particle : ) อนภุ าคบีตา (beta particle : ) และรังสแี กมมา (gamma ray : ) 68 ตวิ เขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya
จากการศกึ ษาการสลายใหอ นุภาครงั สที ้งั สามนัน้ จะเปน ไปตามกฎ 2 ขอ คอื 1. กฎการอนรุ กั ษจ าํ นวนโปรตอนและนวิ ตรอน คือ จาํ นวนรวมของโปรตอนและนวิ ตรอนกอ นสลาย จะตอ งเทา กับ จํานวน รวมของโปรตอนและนวิ ตรอนหลงั สลาย 2. กฎการอนุรกั ษประจุ คือ ผลรวมของประจกุ อ นสลาย จะตองเทากบั ผลรวมของประจหุ ลังสลาย ปญ หาทา ใหค ิด! ยกที่ 27 : นิวเคลียสของเรเดยี ม-226 ( ) สลายตัวใหอ นภุ าคแอลฟา ( ) 1 ตัวและธาตใุ หมอ กี 1 ตวั จงหาเลขอะตอมและเลขมวลของนิวเคลียสใหมต วั น้?ี เขียนสมการการสลายตวั หาเลขอะตอม จากกฎการอนรุ กั ษป ระจุ จะได 88 = 2 + Z Z = 88 – 2 = 86 หาเลขมวล จากกฎการอนุรกั ษจาํ นวนโปรตอนและนิวตรอน จะได 226 = 4 + A A = 226 – 4 = 222 ดงั นน้ั ธาตใุ หมจ ะมเี ลขอะตอม Z = 86 และ เลขมวล A = 222 นนั่ ธาตุ เรดอน-222 (Radon-222) ซงึ่ มสี ญั ลกั ษณเ ปน 3.1 การสลายใหอ นภุ าคแอลฟา อนภุ าคแอลฟา คอื นิวเคลยี สของฮีเลียม ( ) ใชสัญลักษณเปน ประกอบดวยโปรตรอน 2 โปรตอน และ นิวตรอน 2 นวิ ตรอน ดังน้ันอนภุ าคแอลฟาจึงมีประจเุ ปนประจุบวก และมขี นาดประจุเปน 2 เทา ของประจอุ เิ ล็กตรอน โดยทว่ั ไปการสลายตัวให อนุภาคแอลฟาจะเร่ิมจากนิวเคลียสตนกําเนิด แลวเปลี่ยนไปเปนนิวเคลียสใหมและปลอยอนุภาคแอลฟาออกมา เขียนเปนสมการ ไดวา เมอื่ X คือ นวิ เคลยี สตน กาํ เนดิ (parent nucleus) Y คือ นิวเคลยี สใหม (daughter nucleus) He คอื อนภุ าคแอลฟา ท่ีมา : http://www.scienceminusdetails.com/2011/03/ ที่มา: http://outreach.atnf.csiro.au/education/senior/ where-did-helium-come-from-or-jupiter.html cosmicengine/sun_nuclear.html เชน การสลายตวั ของยูเรเนยี ม -238 เปน ทอเรียม -234 ซ่ึงเขยี นสมการไดเปน ตวิ เขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya 69
เนื่องจากอนุภาคแอลฟามีประจมุ ากกวาอนุภาคอกี 2 ชนิด ทาํ ใหอนภุ าคแอลฟาแตกตัวเปนไอออนไดด ีกวา จึงเสียพลังงาน อยางรวดเรว็ เมอื่ ผานตวั กลาง ดังนน้ั อนุภาคแอลฟาจงึ มีอาํ นาจการทะลผุ านนอยที่สดุ คอื ผา นอากาศไดป ระมาณ 3 – 5 cm และเรา สามารถใชก ระดาษบางๆ ในการก้นั อนุภาคแอลฟาได 3.2 การสลายใหอนภุ าคบีตา โดยทั่วไปอนภุ าคบตี า หมายถงึ อเิ ล็กตรอน ( ) ซ่ึงเกดิ จากนวิ ตรอน phpท?iม่ี mาg:=0h1tt0pj7p:/0g/w1&_wim6w8a.zgwzeizk_ziip1d7r=e71m075e70d0_.5cB0oemta/idmeacgaey._68. เปล่ียนไปเปนโปรตอนตามกฎการอนุรักษประจุ จะเกิดในนิวเคลียสที่ไมเ สถยี ร เพราะมีจํานวนนิวตรอนมากเกินไปเมอื่ เทียบกับจาํ นวนโปรตอน ใชส ัญลักษณ เปน หรอื - อนภุ าคบีตา อาจหมายถงึ โพซติ รอน ( ) ซ่งึ เกิดจากโปรตอนเปลีย่ น เปนนวิ ตรอนตามกฎการอนรุ ักษประจุ จะเกิดในนวิ เคลยี สทไ่ี มเสถียร เพราะมี จํานวนโปรตอนมากเกินไปเมอื่ เทียบกับจํานวนนิวตรอน ใชสัญลักษณเ ปน + การสลายตัวใหอนุภาคบีตาเขียนเปน สมการไดวา ทม่ี า : http://www.hpwt.de/Kern2e.htm เมอ่ื X คอื นวิ เคลียสตน กําเนดิ (parent nucleus) Y คือ นวิ เคลียสใหม (daughter nucleus) e คือ อนภุ าคบีตา เชน การสลายตวั ของคารบอน-14 เปน ไนโตรเจน-14 ซง่ึ เขียนสมการไดเปน ทีม่ า : http:/n/uwcwlewa.rh_kp-hpyh0y2.o_reg.h/etmnelrgy/power/ อนุภาคบตี ามอี าํ นาจการทะลผุ านดกี วา อนุภาคแอลฟา แตไ มดีเทา รังสแี กมมา สามารถผา นอากาศไดประมาณ 1 – 3 m สามารถทะลุผา นมือหรอื โลหะบางๆ ได เชน อะลมู ิเนยี มทห่ี นาไมเกนิ 5 mm เปนตน เสริม : มวลของอนุภาคบตี าหายไปไหน? การที่อนุภาคบีตามีเลขมวลเปน 0 น้ันไมใชมันไมมีมวล แตเปนเพราะมวลของอนุภาคบีตานอยกวามวลของโปรตอนและ นวิ ตรอนมากๆ นอ ยจนสามารถตดั ทง้ิ ได เนอ่ื งจากไมส ง ผลตอ การคาํ นวณมากนกั ดงั นนั้ การสลายตวั ใหอ นภุ าคบตี าจงึ ไมส ง ผลใหเ ลข มวลเปลยี่ น 3.3 การสลายใหรงั สแี กมมา รงั สแี กมมา ( ) เปนคล่นื แมเ หลก็ ไฟฟาทม่ี ีความถ่ีและพลงั งานสงู มีประจุเปนศนู ยห รอื เปนกลางทางไฟฟา และไมม มี วล รังสแี กมมาเกดิ จากการปลอยพลังงานของนิวเคลียสทอี่ ยใู นสถานะถูกกระตุนเพ่อื กลับมายังสถานะพื้น ใชสญั ลักษณเ ปน และการ สลายตัวใหร งั สแี กมมาสามารถเขียนเปน สมการไดว า 70 ตวิ เขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya
เมื่อ X* คือ นวิ เคลยี สท่ีอยใู นสถานะถกู กระตนุ X คือ นิวเคลยี สท่ีอยใู นสถานะพนื้ คอื รังสแี กมมา เชน การสลายตัวของธาตุโบรอน เพื่อใหอ นภุ าคบีตาและ ธาตุคารบ อนที่มนี ิวเคลยี สอยูใ นสถานะถกู กระตนุ ทาํ ใหธาตุคารบ อนปลอย รังสแี กมมาออกมา เพ่อื ธาตคุ ารบ อนจะไดมนี ิวเคลยี สอยใู นสถานะพน้ื ท่ีมา d: ehcRttapard:l/oi/o/wSawucrwtfiva2ict.iyegLPneoaswtsiuoesrn/.e.Phdatmug/efasc/ ulty/ รังสแี กมมามอี ํานาจการทะลุผานดีที่สดุ คือ ดกี วาอนภุ าคบตี าและอนภุ าคแอลฟา สามารถทะลุผานเน้อื เยื่อ โลหะบาง หรือ คอนกรีตบางได แตสามารถถกู กน้ั ไดด ว ยคอนกรตี หนาหรือแผนตะกัว่ หนา ที่มา : http://sciencecity.oupcอhาํ inนaา.จcกomาร.ทhkะ/ลnุผpาaนwข/sอtงuรdังeสntตี /gา งloๆssary/penetrating_power.htm 4. ครึ่งชวี ิต จากการศึกษาการสลายตัว พบวา ความดัน อณุ หภูมิ และการเปลี่ยนแปลง ทางเคมี ไมมผี ลตอ การสลายตวั นอกจากนยี้ งั ไมสามารถทาํ นายหรือบอกไดอยางแมน ยาํ วา นิวเคลยี สใดจะสลายตัวเปนตัวตอไป หรอื อาจบอกไดวานิวเคลียสแตล ะตัวมี โอกาสในการสลายตัวเทา ๆ กัน การสลายตวั ของไอโซโทปกัมมันตรังสเี ดยี วกนั จะมี อัตราการสลายเทากัน และธาตตุ า งชนดิ กนั จะมอี ัตราการสลายตวั ที่ตา งกนั การสลายตวั ของไอโซโทปกัมมันตรงั สี ทําใหเมอื่ เวลาผานไปปรมิ าณของ ไอโซโทปกัมมนั ตรังสจี ะลดลงเร่อื ยๆ โดยชวงเวลาทป่ี รมิ าณของไอโซโทปกมั มนั ตรังสี ลดลงเหลือครง่ึ หนึง่ จากปรมิ าณเดมิ เรียกวา ครง่ึ ชีวิต (half-life) แทนดว ย สญั ลักษณ T1/2 เนอื่ งจากสลายตวั ของนวิ เคลยี สแตล ะตวั มโี อกาสในการสลายตวั เทา ๆ กนั มนั ไมต า งอะไรกบั การเลน ทอยลกู เตา เราอาจศกึ ษา เกย่ี วกบั คาครึ่งชวี ิตไดจ าก ตวั อยางงายๆ เชน เรามลี ูกเตาอยทู ง้ั หมด 50 ลกู เราจะทอยลูกเตา ท้งั 50 ลูกพรอ มๆ กนั หลังจากนัน้ เรา จะหยบิ ลูกเตาทม่ี ีแตม 1 ออกไป และนาํ ทเ่ี หลอื มาทอยใหม แลวเรากอหยบิ ลูกเตาทีม่ ีแตม 1 ออกไปอกี ทาํ ซาํ้ ไปเรือ่ ยๆ จนหมด ติวเขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya 71
เนอ่ื งจากความนา จะเปน ในการทอยลกู เตา แลว มแี ตม เปน หนง่ึ นนั้ คอื บอกเราวา ในการทอยทกุ ครง้ั เราควรจะหยบิ ลกู เตา ออกไป ของจํานวนลกู เตา ท่ีถกู ทอย นัน่ คือ จะตองเหลอื ลกู เตา ของจาํ นวนลกู เตาท่ีถกู ทอย ดงั นัน้ ควรมีขอมลู ในการทอยดัง ตาราง จาํ นวนคร้งั ทที่ อย จาํ นวนลกู เตา ท่ี เราสามารถนําขอมูลจากตารางทางซายมือมาวาดกราฟ โดยให เหลือ (ลูก) แกนต้งั เปนจํานวนลกู เตา ทเี่ หลอื และแกนนอนเปนคร้งั ท่ที อยลูกเตา ดังนี้ เรม่ิ ตน 1 50 จากกราฟเหน็ ไดว า ในลูกเตา จะลดลงเหลือคร่ึงหนง่ึ จากเรมิ่ ตนหรอื 2 42 เหลือ 25 ลูกเมื่อทอยไดป ระมาณ 3.8 ครง้ั ดังน้นั คา คร่ึงชีวติ จึง ประมาณ 3 35 3.8 ครั้งน่ันเอง 4 29 5 24 เสรมิ : คดิ เลขหาคาครึ่งชวี ิต 6 20 จากตัวอยางการทอยลูกเตา เราสามารถคํานวณจํานวนลูกเตา 7 17 ทเี่ หลือในการทอยแตครง้ั ไดจ ากสมการ N = N0Pn 8 14 เม่อื N คอื จาํ นวนลกู เตา ที่เหลอื 9 12 N0 คอื จํานวนลูกเตา เริ่มตน 10 10 11 8 12 7 13 6 14 5 15 4 16 3 17 3 18 2 19 2 20 2 21 1 22 1 23 1 24 1 25 1 26 1 0 72 ติวเขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya
จากตัวอยา งการทอยลูกเตา มีจํานวนเรม่ิ ตน N = 50 ลกู มคี วามนา จะเปน ท่ลี กู เตา จะเหลือ ถาเราทอยลูกเตา n = 4 ครัง้ ลูก จะเหลือลูกเตาเปน ลกู หรอื ถาเปล่ียนเปนใชค า ครงึ่ ชีวิต คือ n = 3.8 ครัง้ จะเหลอื ลกู เตาเปน ซงึ่ ก็คือเหลือคร่ึงหนึ่งจากตอนเรม่ิ ตน น่นั เอง ปญหาทาใหค ดิ ! ยกท่ี 28 : ในการทอยลกู เตา จํานวนหลายๆ ลกู โดยเลือกเก็บไวแตล กู เตา ที่ทอยไดแตม คี่ จะตอ งทอย ลกู เตาก่คี ร้ังจึงจะเหลือลูกเตา 1 ใน 8 ของจํานวนเริ่มตน วเิ คราะหข อ มูล สมมติใหเร่มิ ตน มลี ูกเตาอยู N0 ลกู สดุ ทายลูกเตา เหลือ 1 ใน 8 ของจาํ นวนเรม่ิ ตน คือ แตม ในลูกเตา มี 1, 2, 3, 4, 5 และ 6 การเลือกเกบ็ แตแ ตม คี่ คอื เกบ็ 1, 3 และ 5 คือไว 3 แบบจาก 6 แบบ ดงั นน้ั ความนา จะเปน ที่จะเกบ็ ลกู เตา ในการทอยแตล ะคร้ัง คือ คํานวณหาจํานวนคร้งั ท่ที อยลกู เตา จากสมการ จะได ดงั น้ัน การทอยใหลูกเตา ใหเหลือ 1 ใน 8 จะตอ งทอยประมาณ 3 ครง้ั ปญหาทาใหค ดิ ! ยกที่ 29 : ในการตรวจสอบซากส่งิ มชี ีวิต สามารถคาํ นวณอายุไดจ ากการวัดปรมิ าณคารบ อน-14 ใน ซากสิ่งมชี ีวิตนัน้ เพราะวา ในขณะทสี่ งิ่ มีชวี ิตยงั คงมชี วี ิตอยู กระบวนการหายใจหรือการสงั เคราะหแ สงจะทําใหป ริมาณคารบ อน-14 ในส่ิงมีชีวิตเทากับปริมาณคารบอน-14 ในบรรยากาศ แตในการวัดคร้ังนี้ปรากฏวาคารบอน-14 ลดลงเหลือแค 25% เม่ือเทียบกับ ปรมิ าณคารบ อน-14 ในบรรยากาศ ซากสง่ิ มีชวี ติ นีน้ า จะตายมาแลวประมาณกี่ป เมอื่ คา ครงึ่ ชวี ติ ของ คารบอน-14 เทา กบั 5,730 ป คํานวณหาเวลาทส่ี ตั วดังกลา วตาย จากคาครึง่ ชีวิตของ คารบอน-14 เทา กบั 5,730 ป แสดงวา เมือ่ เวลาผานไป 5,730 ป ปรมิ าณคารบอน-14 จะลดลงเหลอื ครงึ่ หน่ึง คอื เหลอื 50% เมือ่ เวลาผานไป 2 เทา คือ (5,730)(2) = 11,460 ป ปรมิ าณคารบอน-14 จะลดลงไปอีกครงึ่ หน่งึ คือ เหลอื 25% ดังน้นั ซากสิง่ มีชีวติ นนี้ า จะตายมาแลว ประมาณ 11,460 ป ติวเขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya 73
5. ปฏิกริ ยิ านิวเคลยี ร ปฏกิ ิริยานวิ เคลยี ร (nuclear reaction) คอื ปฏิกริ ิยาที่ทําใหเ กิดการเปลยี่ นแปลงกบั นวิ เคลยี สของอะตอม ดังน้นั ปฏิกิรยิ า นิวเคลียรจึงสามารถทําใหนิวเคลียสของธาตุตั้งตนเปลี่ยนชนิดได และการเปลี่ยนแปลงนี้ยังทําใหมวลรวมอะตอมของธาตุกอนและ หลังเกิดปฏิกิริยานิวเคลียรมีการเปล่ียนแปลง ซ่ึงมวลรวมของธาตุหลังปฏิกิริยานิวเคลียรจะมีขนาดลดลง โดยมวลสวนที่หายไปจะ กลายไปเปน พลังงาน ตามสมการความสมมูลของมวลและพลังงาน (mass-energy equivalence) ซ่ึงอยใู นทฤษฎสี มั พัทธภาพ พิเศษ (theory of special relativity) ของอัลเบิรต ไอนสไตน (Albert Einstein) ซึ่งเขาไดตีพิมพมันในป ค.ศ. 1905 ดังน้ี เมอื่ E คอื พลงั งานทไ่ี ดจ ากมวลทห่ี ายไปหลงั เกดิ ปฏกิ ริ ยิ านวิ เคลยี ร หรอื อาจเรยี กวา พลงั งานยดึ เหนย่ี ว (binding energy) m คอื มวลท่เี ปลยี่ นไปในปฏิกิรยิ านิวเคลยี ร หรือ ผลตางของมวลรวมกอ นและหลังเกิดปฏกิ ริ ิยานวิ เคลียร C คอื อตั ราเร็วของแสงในสญุ ญากาศ มคี าประมาณ 3 x 108 m/s พลังงานที่ไดจากปฏิกริ ิยานวิ เคลียรน้ัน ไดจ าก พลังงานยดึ เหนี่ยว พลังงานจากอนุภาค และพลังงานจากรงั สตี า งๆ ทีถ่ ูก ปลอยออกมาจากปฏิกิรยิ านวิ เคลียร เรยี กรวมวา พลงั งานนิวเคลยี ร ซึง่ ปฏกิ ริ ยิ านวิ เคลยี รน้นั แบง ออกเปน 2 ประเภท คือ นวิ เคลยี ร ฟช ชนั และ นิวเคลยี รฟว ชน่ั 5.1 นิวเคลยี รฟช ชัน นิวเคลยี รฟ ชชนั (nuclear fission) เปนปฏกิ ิริยาทน่ี วิ เคลยี สของธาตใุ หญแตกตวั ออกเปน 2 นวิ เคลยี ส ทําใหเ กิดอะตอม ของธาตุท่ีเล็กกวา เชน เมื่อ n คือ นิวตรอน U คือ ยูเรเนียม Ba คือ แบเรยี ม Kr คือ ครปิ ทอน ที่มาpr:inhcttipps:l2/e/4s2--0no1uf-2cgbleeoanorek-rcsah.ll-aecrmhdeibsmutrciysk.thertytm.-ovlr1g./0bmo/oks/ 74 ตวิ เขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya
ปฎิกิริยาดังกลาวน้ันมีมวลรวมกอนเกิดปฏิกิริยาประมาณ และมีมวลรวมหลังเกิดปฏิกิริยาประมาณ น่นั คอื มีมวลรวมลดลง ซึ่งมวลทห่ี าย ไปจะกลายไปเปนพลังงาน สามารถคาํ นวณพลงั งานไดจ ากสมการ แมวาพลงั งานท่ไี ดจ ากการเกดิ ปฏกิ ริ ิยานิวเคลยี ร 1 ครง้ั จะมีคานอ ยมาก แตวาปฏกิ ิริยานี้จะเกดิ ขึน้ แบบลูกโซอยางตอเนอ่ื ง เพราะวา ในปฏกิ ริ ยิ านจ้ี ะไดน วิ ตรอนออกมา 3 ตวั และนวิ ตรอนเหลา นจ้ี ะไปชนนวิ เคลยี สของยเู รเนยี มอน่ื ๆ ตอ ไปเรอ่ื ยๆ ซง่ึ จะมจี าํ นวน ปฏกิ ิริยาเกิดขึ้นอยางมากมายจนทําใหเกดิ พลงั งานท่ีสงู มากๆ ดวยหลักการเดยี วกันนใ้ี นอดีตนวิ เคลยี รฟชชันถกู นาํ ไปใชในการสรา ง ระเบิดปรมาณู ในสงครามโลกครงั้ ที่ 2 ทีม่ า : http://www.atomicarchive.com/Fission/Fission7.shtml 5.2 นวิ เคลียรฟ วช่ัน นวิ เคลยี รฟวชัน่ (nuclear fusion) เปน ปฏกิ ิริยาท่นี วิ เคลยี สของธาตุเบา รวมตัวกันกลายเปนธาตหุ นัก เชน เมือ่ คือ ดิวทเี รยี ม คอื ทรเิ ทยี ม คอื ฮเี ลยี ม-5 ทีม่ าpr:inhcttipps:l2/e/4s2--0no1uf-2cgbleeoanorek-rcsah.ll-aecrmhdeibsmutrciysk.thertytm.-ovlr1g./0bmo/oks/ คอื ฮีเลียม-4 คอื นิวตรอน และมีมวลรวมหลังเกิดปฏิกิริยาประมาณ ปฎิกิริยาดังกลาวนั้นมีมวลรวมกอนเกิดปฏิกิริยาประมาณ ซงึ่ มวล นนั่ คอื มีมวลรวมลดลง ทีห่ ายไปจะกลายไปเปนพลังงาน สามารถคํานวณพลงั งานไดจากสมการ ตวิ เขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya 75
เหน็ ไดวาพลังงานจากปฏกิ ริ ยิ านวิ เคลยี รฟว ช่นั ใน 1 ปฏกิ ิริยา จะใหพลงั งานนอ ยกวา พลงั งานทไี่ ดจ ากปฏิกิรยิ านวิ เคลียร ฟช ชนั แตเม่อื พิจารณาพลังงานตอมวลต้ังตน คอื พลังงานตอมวลของนวิ เคลยี รฟช ชนั พลงั งานตอมวลของนวิ เคลยี รฟ ว ชั่น เหน็ ไดวาพลังงานตอมวลต้งั ตนของนิวเคลยี รฟว ชั่นมากกวา ของนิวเคลยี รฟ ชชันประมาณ 4 เทา ดงั นั้นนวิ เคลียรฟว ชน่ั จงึ เปนแหลง พลังงานทนี่ าสนใจอยางมาก 6. การวัดปริมาณกัมมนั ตภาพรังสี 6.1 หนว ยทางรงั สี และ เครื่องวัดกมั มันตภาพรังสี ในการวดั ปรมิ าณกมั มนั ตภาพรงั สนี นั้ สามารถวดั ไดโ ดยการพจิ ารณาจากการเกดิ กมั มนั ตภาพรงั สโี ดยตรง หรอื พจิ ารณาจาก ผลของกมั มนั ตภาพรงั สี ดงั นี้ กัมมนั ตภาพ (activity) คอื การสลายของสารกมั มนั ตรังสีตอ หนวยเวลา รังสที ําใหอ ากาศแตกตวั (exposure) คือ ปริมาณไอออนจากการแตกตวั ของอากาศเมอื่ ไดรบั รงั สี รังสีที่ถูกดูดกลนื (absorbed dose) คือ ปรมิ าณพลงั งานทว่ี ัตถุดดู กลนื ไวเม่อื ไดร ับรังสี รังสสี มมลู (dose equivalent) คอื ผลรวมของปริมาณรงั สดี ดู กลืนในเนอ้ื เยื่อหรืออวยั วะของมนษุ ย ปริมาณ หนว ยเดมิ หนวย SI ความสมั พนั ธร ะหวา ง หนวยเดิม และ หนวย SI กัมมันตภาพ คูรี (Ci) เบคเคอเรล (Bq) รังสีทําใหอ ากาศแตกตัว เรินเกนท (R) คูลอมบต อกิโลกรัม (C/kg) 1 Ci = 3.7 x 1010 Bq แรด (rad) รังสที ีถ่ ูกดูดกลนื เกรย (Gy) 1 R = 2.58 x 10-4 C/kg 100 rad = 1 Gy รงั สีสมมูล เรม (rem) ซเี วิรต (Sv) 100 rem = 1 Sy เนือ่ งจากเราไมสามารถมองเหน็ หรอื สัมผสั กับกัมมนั ตภาพรงั สไี ด coทu่มีntาe:r#hmttpe:d//ieanvi.ewwikeipr/eFdiliea:.Goergig/weri_kic/oGuenigteerr._jpg เราจึงสรา งเครอื่ งมอื วัดกมั มันตภาพรงั สี โดยภายในบรรจุตวั กลางซึ่งสามารถ แตกตวั เปนไอออนได เมือ่ อนภุ าคหรือรังสีท่ีเกดิ จากกัมมนั ตภาพรงั สีตกกระทบ ตวั กลาง ไอออนจะแตกตวั แลว แปลงเปนสัญญาณไฟฟา จึงวดั กมั มันตภาพ รงั สไี ดจากการอา นคา สัญญาณไฟฟา น้ี เชน เครอื่ งวัดกัมมนั ตภาพรงั สีแบบ ไกเกอร-มูลเลอร (Geiger-Muller counter) ซึ่งเปน ทีน่ ยิ มมาก เนื่องจาก สามารถตรวจวดั ไดท ัง้ อนุภาคแอลฟา อนุภาคบตี า และรงั สแี กมมา อกี ทั้ง ยังมีขนาดเครือ่ งทส่ี ามารถพกพาได เปนตน 76 ตวิ เขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya
6.2 รงั สีกบั มนษุ ย ผลกระทบของรงั สีทม่ี ีตอรา งกายน้ัน จะขน้ึ กบั ปริมาณและระยะเวลาท่ไี ดรับรังสี ดังนี้ ปริมาณรงั สี (มลิ ลซิ เี วริ ต) อาการ 2.2 5 เปนระดบั รังสีปกตใิ นธรรมชาตทิ มี่ นษุ ยแตละคนไดร ับใน 1 ป 50 เกณฑส ูงสดุ ทอี่ นญุ าตใหสาธารณชนไดร ับใน 1 ป 250 500 เกณฑส ูงสดุ ทอี่ นุญาตใหผปู ฏิบัตงิ านทางรงั สไี ดร ับใน 1 ป 1000 ไมปรากฏอาการผดิ ปกติใดๆ ท้ังในระยะสั้นและระยะยาว 3000 เม็ดเลือดขาวลดลงเลก็ นอ ย มีอาการคลน่ื เหียน ออนเพลยี และเม็ดเลือดขาวลดลง 6000 ออนเพลีย อาเจยี น ทอ งเสยี เมด็ เลือดขาวลดลง ผมรวง เบ่อื อาหาร ตัวซดี 10000 คอแหง มไี ข อาจเสยี ชีวติ ภายใน 3-6 สัปดาห ออนเพลยี อาเจยี น ทองรว งภายใน 1-2 ชว่ั โมง เม็ดเลือดลดลงอยางรวดเรว็ ผมรว ง มีไข อกั เสบบรเิ วณปากและลําคออยางรุนแรง มีเลือดออก มโี อกาสเสยี ชีวติ ถึงรอยละ 50 ภายใน 2-6 สัปดาห มีอาการ เหมอื นขางตน ผวิ หนังพองบวม ผมรว ง เสียชวี ิตภายใน 2-3 สัปดาห 7. การประยกุ ตใชพ ลงั งานนิวเคลียรแ ละกมั มนั ตภาพรงั สี ในปจ จบุ ันความเขา ใจเกยี่ วกบั พลงั งานนิวเคลยี รและกัมมันตภาพรงั สีทมี่ ากขน้ึ ทําใหเราใชป ระโยชนจากสิ่งเหลานี้ไดอยา ง มากมาย เชน ดานเกษตรกรรม การฉายรังสีชวยกําจัดแมลง ความคุมการงอกและการสุกของผลิตผลทางการเกษตร ทําลายเชื้อโรค ทาํ ลายพยาธิ และยังชวยในการปรบั ปรงุ พนั ธพชื ใหดขี ึน้ ดา นการแพทย ชวยในการวินจิ ฉัยโรค เชน การสรางภาพดวยโพซติ รอน (positron emission tomography scan : PET scan) ใชในการศึกษาอวัยวะภายใน ชว ยในการรักษาโรค หรือทเี่ รียกวา รงั สรี ักษา (radiotherapy) เปน ตน ท่มี า : http:e//menis.wsioiknip_etodmiao.ogrrga/pwhikyi/Positron_ ตวิ เขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya 77
ดานโบราณคดี ชว ยในการหาอายุจากการสลายกัมมันตรงั สี (radioactive dating) ของวตั ถุโบราณ หรอื ซากพชื ซากสัตว (เชน ปญหาทา ใหคดิ ! ยกท่ี 29 หนา 73) ดานอุตสาหกรรม ใชในการพัฒนาปรับปรุงการผลิต เชน ใชเรงการเกิดปฏิกิริยาทางเคมี ใชในการปรับปรุงสีของอัญมณี เปนตน หรือ ใชในการควบคุมการผลิต เชน ใชวัดปริมาณความหนาแนนของของเหลว ใชวัดและควบคุมความหนาของแผนวัสดุ เปน ตน โรงไฟฟานิวเคลียร เปนโรงไฟฟาพลังงานความรอนท่ีไดรับพลังงานความรอนจากเครื่องปฏิกรณนิวเคลียร ซ่ึงทําหนาที่ เปล่ยี นพลังงานนวิ เคลยี รเปน พลงั งานความรอ น และนาํ ความรอ นเพ่ือไปผลติ กระแสไฟฟา เครอ่ื งปฏกิ รณนิวเคลยี รจะประกอบดวย แทง เชอ้ื เพลงิ ยเู รเนยี ม แทง ควบคมุ ซงึ่ ทาํ หนา ทคี่ วบคมุ อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าลกู โซ และตวั หนว งอตั ราเรว็ ของนวิ ตรอน (moderator) ทาํ หนาที่ลดอัตราเร็วของนิวตรอน เพ่อื ชวยใหน ิวตรอนสามารถทาํ ปฏกิ ริ ิยากบั ยูเรเนยี มไดมากข้ึน การออกแบบเครอื่ งปฏกิ รณน วิ เคลยี รน นั้ ตอ งคาํ นงึ ถงึ ความปลอดภยั เปน อยา งมาก ตอ งออกแบบมาเพอ่ื ปอ งกนั การรวั่ ไหล ของกมั มนั ตภาพรังสี และสารกมั มนั ตรังสี โดยทว่ั ไปโครงสรางจะเปนคอนกรตี เสริมเหล็กหนามากกวา 1 เมตร และทีส่ ําคัญ ขนาด ของเตาปฏกิ รณน วิ เคลียรทีม่ ีขนาดใหญ จะมีอัตราสวนระหวา งพนื้ ที่ผิวกบั ปริมาตรนอ ย สง ผลใหก ารรว่ั ไหลของนิวตรอนจะนอ ยกวา เตาปฏกิ รณน ิวเคลียรที่มีขนาดเลก็ นองๆ สามารถศึกษาเพมิ่ เตมิ ไดท่ี Tag : ฟสิกส, พลังงานนวิ เคลียร, กมั มนั ตภาพรงั สี • ความรูข้ันพน้ื ฐานเกย่ี วกบั พลังงานนิวเคลยี ร (Basics of Nuclear Energy) http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch5-1 • พลงั งานนิวเคลียรเกิดขนึ้ ไดอ ยางไร http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch5-2 78 ติวเขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya
• ฟสกิ สนิวเคลียร ตอนที่ 1 http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch5-3 • ฟสกิ สนิวเคลียร ตอนที่ 2 http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch5-4 • ฟสกิ สนิวเคลยี ร ตอนท่ี 3 http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch5-5 • ฟสิกสน วิ เคลียร ตอนที่ 4 http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch5-6 • ฟส ิกสน ิวเคลียร ตอนที่ 5 http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch5-7 • สอื่ ความรดู านวทิ ยาศาสตรแ ละเทคโนโลยี นิวเคลียร ตอน ถอดรหสั ...นิวเคลยี ร http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch5-8 • กมั มันตภาพรังสี http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch5-9 • ประโยชนของกัมมันตภาพรังสแี ละพลังงานนิวเคลยี ร http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch5-10 ติวเขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya 79
นอ งๆ สามารถศกึ ษาเพิ่มเตมิ ไดท ี่ Tag : สอนศาสตร, ฟส กิ ส, ตะลุยโจทย, สรุปเน้อื หาฟสิกส • สอนศาสตร ฟสิกส ม. 6 : ตะลยุ โจทยขอสอบ http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch6-1 • spreadsheet excel physics1 http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch6-2 • physics concept สรปุ เนอื้ หาฟส ิกส http://www.trueplookpanya.com/book/m6/ onet-physics/ch6-3 80 ตวิ เขม O-NET Get 100 by TruePlookpanya
Search
