บทที่ 8 คลื่นวิทยุ

หนว่ ยการเรยี นรู้ที่ 8 คลนื่ แม่เหลก็ ไฟฟ้ า

ทฤษฎคี ลนื่ แมเ่ หลก็ ไฟฟ้ าของแมกซ์เวลล์ ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของเเมกซเ์ วลล์ ทฤษฎีคลื่นแมเ่ หล็กไฟฟ้าเกดิ ข้ นึ จากการเปล่ียนแปลงสนามไฟฟ้าต่อเวลา ทาใหเ้ กดิ การเหน่ียวนา ใหเ้ กดิ สนามแมเ่ หล็ก ซึ่งมนี ักวทิ ยาศาสตรห์ ลายทา่ นไดอ้ ธบิ ายไว้ แต่ในที่น้ ีจะขอกล่าวถงึ ทฤษฎีคลื่นแมเ่ หล็กไฟฟ้าของ แมกซเ์ วลล์ เจมส์ คลารก์ แมกซเ์ วลล์ (James ClerkMaxwell) เป็ นนักฟิสิกสแ์ ละคณิตศาสตรไ์ ดร้ วบรวมกฎตา่ งๆ ทเี่ กย่ี วกบั แมเ่ หล็กไฟฟ้า เชน่ กฎของฟาราเดย์ กฎของแอมแปร์ เป็ นตน้ มาสรุปเป็ นทฤษฎี โดยนาเสนอในรูปของสมการ คณิตศาสตร์ เรียกวา่ สมการของแมกซเ์ วลลซ์ ง่ึ แมกซเ์ วลล์ใชใ้ นการทานายวา่ สนามแมเ่ หล็กในบริเวณหน่ึง เปลี่ยนแปลง (AB) จะเหนี่ยวนาใหเ้ กิดสนามไฟฟ้า (E) โดยสนามไฟฟ้าเหน่ียวนาจะอยู่ในระนาบท่ีต้งั ฉากกบั ทศิ ทางของสนามแมเ่ หล็กทเ่ี ปล่ียนแปลง

การทดลองของเฮริ ตซ์ ไฮรร์ ชิ เฮิรตซ์ (Heinrich Hertz) นักวทิ ยาศาสตรช์ าวเยอรมนั ไดท้ าการทดลองพิสูจน์ ทฤษฎีเกย่ี วกคั ล่ืนแมเ่ หล็กไฟฟ้าของแมกซเ์ วลล์ ซง่ึ ไดท้ ดลองเกยี่ วกบั ความเหน่ียวนาของ ขดลวด โดยใชข้ ดลวดสองขดพนั รอบแกนเหล็กวงแหวน ขดลวด A เป็ นขดลวดปฐมภูมิ ขดลวด B เป็ นขดลวดทุตยิ ภูมิ ซึง่ มจี านวนขดลวด มากกวา่ ขดลวด A มาก S เป็ นสวติ ซแ์ บบสนั่ ซ่ึงการสนั่ ของสวติ ชจ์ ะทาหน้าที่เปิ ดปิ ด วงจรไฟฟ้าของขดลวดปฐมภมู ิ ทาใหก้ ระแสไฟฟ้าไหลจากแบตเตอรผ่ี า่ นขดลวดปฐมภูมติ าม จงั หวะการปิ ดเปิ ดของสวติ ช์ ดา้ นปลายของขดลวดทุติยภมู ทิ ้งั สองไมต่ อ่ ถึงกัน แต่เวน้ ชอ่ ง แคบ G ไว้ เมอื่ สวติ ชแ์ บบสนั่ ทาการปิ ดเปิ ดวงจรไฟฟ้า

สเปกตรมั คลนื่ แมเ่ หลก็ ไฟฟ้ า สเปกตรมั เคลือ่ นยากจเหลก็ ไฟฟ้า สเปกตรมั (Spectrum) ของคล่ืนแมเ่ หล็กไฟฟ้า หมายถึง ช่วงความถีท่ ้งั หมดของคลื่น แมเ่ หล็กไฟฟ้า ที่เป็ นไปตามทฤษฎีคล่ืนแมเ่ หล็กไฟฟ้าของแมกซเ์ วลล์ ซง่ึ จะมชี อ่ื เรยี กตา่ งๆ ตามช่วงความถ่ีหรอื ความยาวคล่ืนตา่ งๆ กนั โดยจะกล่าวถงึ ในลาดบั ตอ่ ไป นอกจากน้ ีสเปกตรมั ยงั บ่งบอกถงึ พลังงานของคลื่นแมเ่ หล็กไฟฟ้าอกี ดว้ ย สมบตั ิของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ไดแ้ ก่ 1. ไมต่ อ้ งใชต้ วั กลางในการเคลื่อนท่ี 2. อตั ราเรว็ ของคล่ืนแมเ่ หล็กไฟฟ้าทุกชนิดในสุญญากาศเท่ากบั 3x10 m/s ซง่ึ เทา่ กบั อตั ราเรว็ ของแสง 3. เป็ นคล่ืนตามขวาง 4. ถา่ ยเทพลังงานจากทีห่ น่ึงไปอกี ทห่ี น่ึง 5. ถกู ปล่อยออกมาและถกู ดูดกลืนไดโ้ ดยสสาร 6. ไมม่ ปี ระจุไฟฟ้า 7. คลื่นสามารถแทรกสอด สะทอ้ น หกั เหและเล้ ียวเบนได้

คลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้ าในชวี ติ ประจาวนั ● คล่ืนวิทยุ (Radio wave) คลื่นแมเ่ หล็กไฟฟ้ามคี วามถ่ีอยู่ระหวา่ ง 10 ถงึ 10 เฮิรตซ์ หรือมคี วามยาว คล่ืนอยู่ระหวา่ ง 0.3 ถงึ 3 x 10 เมตร มนุษยไ์ มส่ ามารถไดย้ นิ หรอื มองเหน็ เพราะหขู องมนุษยไ์ ดย้ นิ เฉพาะคลื่นตามยาวขนาดความถ่ี 20 ถงึ 20,000 เฮิรตซ์ และตาของมนุษยก์ ็รบั รไู้ ดเ้ ฉพาะคล่ืนแมเ่ หล็กไฟฟ้าขนาดความถี่ 10 เฮิรตซเ์ ท่าน้ัน คล่ืนวทิ ยุเป็ น คล่ืนทใี่ ชใ้ นการส่งข่าวสารและสาระบนั เทงิ ทาการส่งไดโ้ ดยเปล่ียนเสยี งให้ เป็ นสญั ญาณไฟฟ้า แลว้ ผสมกบั คล่ืนวทิ ยุซ่งึ ทาหน้าทเ่ี ป็ นคล่ืนพาหะ คล่ืนท่ี ผสมแลว้ จะถกู ขยายใหม้ กี าลงั สงู ข้ นึ แลว้ ส่งไปยงั สายอากาศเพอื่ กระจายคลื่นไปยงั เคร่อื งรบั วทิ ยุ ท้งั น้ ีคลื่นวทิ ยุมกี ารสง่ สญั ญาณ 2 ระบบ คือ 1. คล่ืนวทิ ยุระบบเอเอม็ 2. คล่ืนวทิ ยรุ ะบบเอฟเอ็ม