คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความถี่ต่อเนื่องกันเป็นช่วงกว้างเราเรียกช่วงความถี่เหล่านี้ว่า "สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า" และมีชื่อเรียกช่วงต่าง ๆ ของความถี่ต่างกันตามแหล่งกำเนิดและวิธีการตรวจวัดคลื่น


สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

 

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดต่าง ๆในสเปกตรัมมีสมบัติที่สำคัญเหมือนกันคือ เคลื่อนที่ไปด้วยความเร็วเท่ากับแสงและมีพลังงานส่งผ่านไปพร้อมกับคลื่น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้นมีชื่อเรียกดังนี้

1. คลื่นวิทยุ

คลื่นวิทยุมีความถี่ช่วง 104 - 109 Hz( เฮิรตซ์ ) ใช้ในการสื่อสาร คลื่นวิทยุมีการส่งสัญญาณ 2 ระบบคือ

1.1 ระบบเอเอ็ม (A.M. = amplitude modulation)

ระบบเอเอ็ม มีช่วงความถี่ 530 - 1600 kHz( กิโลเฮิรตซ์ ) สื่อสารโดยใช้คลื่นเสียงผสมเข้าไปกับคลื่นวิทยุเรียกว่า "คลื่นพาหะ" โดยแอมพลิจูดของคลื่นพาหะจะเปลี่ยนแปลงตามสัญญาณคลื่นเสียง

ในการส่งคลื่นระบบ A.M. สามารถส่งคลื่นได้ทั้งคลื่นดินเป็นคลื่นที่เคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงขนานกับผิวโลกและคลื่นฟ้าโดยคลื่นจะไปสะท้อนที่ชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ แล้วสะท้อนกลับลงมา จึงไม่ต้องใช้สายอากาศตั้งสูงรับ

1.2 ระบบเอฟเอ็ม (F.M. = frequency modulation)

ระบบเอฟเอ็ม มีช่วงความถี่ 88 - 108 MHz (เมกะเฮิรตซ์) สื่อสารโดยใช้คลื่นเสียงผสมเข้ากับคลื่นพาหะ โดยความถี่ของคลื่นพาหะจะเปลี่ยนแปลงตามสัญญาณคลื่นเสียง

ในการส่งคลื่นระบบ F.M. ส่งคลื่นได้เฉพาะคลื่นดินอย่างเดียว ถ้าต้องการส่งให้คลุมพื้นที่ต้องมีสถานีถ่ายทอดและเครื่องรับต้องตั้งเสาอากาศสูง ๆ รับ

2.
คลื่นโทรทัศน์และไมโครเวฟ

คลื่นโทรทัศน์และไมโครเวฟมีความถี่ช่วง 108 - 1012 Hz มีประโยชน์ในการสื่อสาร แต่จะไม่สะท้อนที่ชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ แต่จะทะลุผ่านชั้นบรรยากาศไปนอกโลก ในการถ่ายทอดสัญญาณโทรทัศน์จะต้องมีสถานีถ่ายทอดเป็นระยะ ๆ เพราะสัญญาณเดินทางเป็นเส้นตรง และผิวโลกมีความโค้ง ดังนั้นสัญญาณจึงไปได้ไกลสุดเพียงประมาณ 80 กิโลเมตรบนผิวโลก อาจใช้ไมโครเวฟนำสัญญาณจากสถานีส่งไปยังดาวเทียม แล้วให้ดาวเทียมนำสัญญาณส่งต่อไปยังสถานีรับที่อยู่ไกล ๆ

เนื่องจากไมโครเวฟจะสะท้อนกับผิวโลหะได้ดี จึงนำไปใช้ประโยชน์ในการตรวจหาตำแหน่งของอากาศยาน เรียกอุปกรณ์ดังกล่าวว่า เรดาร์ โดยส่งสัญญาณไมโครเวฟออกไปกระทบอากาศยาน และรับคลื่นที่สะท้อนกลับจากอากาศยาน ทำให้ทราบระยะห่างระหว่างอากาศยานกับแหล่งส่งสัญญาณไมโครเวฟได้

3. รังสีอินฟาเรด (infrared rays)

รังสีอินฟาเรดมีช่วงความถี่ 1011 - 1014 Hz หรือความยาวคลื่นตั้งแต่ 10-3 - 10-6 เมตร ซึ่งมีช่วงความถี่คาบเกี่ยวกับไมโครเวฟ รังสีอินฟาเรดสามารถใช้กับฟิล์มถ่ายรูปบางชนิดได้ และใช้เป็นการควบคุมระยะไกลหรือรีโมทคอนโทรลกับเครื่องรับโทรทัศน์ได้

4.
แสง (light)

แสงมีช่วงความถี่ 1014Hz หรือความยาวคลื่น 4x10-7 - 7x10-7 เมตร เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ประสาทตาของมนุษย์รับได้ สเปคตรัมของแสงสามารถแยกได้ดังนี้

สี

ความยาวคลื่น (nm)

ม่วง

380-450

น้ำเงิน

450-500

เขียว

500-570

เหลือง

570-590

แสด

590-610

แดง

610-760


5. รังสีอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet rays)

รังสีอัลตราไวโอเลต หรือ รังสีเหนือม่วง มีความถี่ช่วง 1015 - 1018 Hz เป็นรังสีตามธรรมชาติส่วนใหญ่มาจากการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ ซึ่งทำให้เกิดประจุอิสระและไอออนในบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ รังสีอัลตราไวโอเลต สามารถทำให้เชื้อโรคบางชนิดตายได้ แต่มีอันตรายต่อผิวหนังและตาคน

6.
รังสีเอกซ์ (X-rays)

รังสีเอกซ์ มีความถี่ช่วง 1016 - 1022 Hz มีความยาวคลื่นระหว่าง 10-8 - 10-13 เมตร ซึ่งสามารถทะลุสิ่งกีดขวางหนา ๆ ได้ หลักการสร้างรังสีเอกซ์คือ การเปลี่ยนความเร็วของอิเล็กตรอน มีประโยชน์ทางการแพทย์ในการตรวจดูความผิดปกติของอวัยวะภายในร่างกาย ในวงการอุตสาหกรรมใช้ในการตรวจหารอยร้าวภายในชิ้นส่วนโลหะขนาดใหญ่ ใช้ตรวจหาอาวุธปืนหรือระเบิดในกระเป๋าเดินทาง และศึกษาการจัดเรียงตัวของอะตอมในผลึก

7.
รังสีแกมมา (-rays)

รังสีแกมมามีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้ามีความถี่สูงกว่ารังสีเอกซ์ เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์และสามารถกระตุ้นปฏิกิริยานิวเคลียร์ได้ มีอำนาจทะลุทะลวงสูง


 

 

 

 

 

 

สมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

1.       ไม่ต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่

2.       อัตราเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิดในสุญญากาศเท่ากับ 299,792,458 m/s ซึ่งเท่ากับ อัตราเร็วของแสง

3.       เป็นคลื่นตามขวาง

4.       ถ่ายเทพลังงานจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่ง

5.       ถูกปล่อยออกมาและถูกดูดกลืนได้โดยสสาร

6.       ไม่มีประจุไฟฟ้า

7.       คลื่นสามารถแทรกสอด สะท้อน หักเห และเลี้ยวเบนได้

 

 

เรื่อง  ทฤษฎีเกี่ยวกับแม่เหล็กไฟฟ้าแมกซ์เวลล์  คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า                       

สาระสำคัญ

          ใจความของทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์กล่าวว่าเมื่อสนามแม่เหล็กบริเวณหนึ่ง

เปลี่ยนแปลงจะเหนี่ยวนำให้เกิดสนามไฟฟ้า โดยสนามที่ถูกเหนี่ยวนำจะมีระนาบตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง   และในเช่นเดียวกัน  เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้า ก็จะเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็ก ในระนาบที่ตั้งฉากกับสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลง

เฮิร์ตได้ทำการทดลองเพื่อพิสูจน์ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามแนวคิดของแมกว์เวล  โดยใช้ขดลวดเหนี่ยวนำทำให้เกิดค่าความต่างศักย์สูงสุดที่ปลายขดลวด ซึ่งมีลูกกลม B โดยมีช่องว่าง แคบ  เมื่อความต่างศักย์สูง อากาศจึงแตกตัวเป็นไอออน นำไฟฟ้าได้ ซึ่งจะเห็นเป็นประกายไฟออกมา

          จากนั้นใช้จานโลหะรูปพาราบารมีลอยผ่าน วางห่างช่องแคบๆนั้น ปรากฎว่า เมื่อให้เกิดค่าความต่างศักย์สูงสุดที่ปลายขดลวด และเกิดประกายไฟ เครื่องรับที่เป็นวงแหวนก็เกิดประกายไฟด้วย  ซึ่งผลการทดลองได้สนับสนุน  ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามแนวคิดของแมกว์เวล

          ตามความคิดของแมกเวลล์ซึ่งกล่าวว่า การเหนี่ยวนำสนามไฟฟ้านั้นจะเกิดขึ้นได้เสมอโดยไม่ต้อง มีตัวนำไฟฟ้าอยู่ด้วย  นั่นหมายถึง ณ ที่ว่างรอบๆ ก็สามารถเกิดการเปลี่ยนแปลงขึ้นได้

เมื่อสนามไฟฟ้าในที่ว่างใดๆ เกิดการเปลี่ยนแปลงตามเวลา จะเหนี่ยวนำให้ สนามแม่เหล็กเกิดการเปลี่ยนแปลงตามเวลา ไปในขณะเดียวกันด้วย  และสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เปลี่ยนก็จะเหนี่ยวนำให้เกิดการสนานไฟฟ้าอีกต่อเนื่องกันไป การเกิดต่อเนื่องกันนี้ทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้น               

          เมื่ออิเล็กตรอนในสายอากาศเคลื่อนที่แบบซิมเปิลฮาร์โมนิกอย่างง่ายจะทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแผ่ออกจากสายอากาศ  ระนาบของสนามไฟฟ้าจะตั้งฉากกับ สนามแม่เหล็ก

          คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นตามขวาง  เพราะมีสมบัติการโพราไลซ์เซชัน(Polalization) ทิศของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีทุกทิศทุกทาง (3 มิติ) ยกเว้นในแนวเส้นตรงเดียวกับสายอากาศ

คลื่นไฟฟ้าที่มีความถี่ต่อเนื่องเป็นช่วงกว้าง  ความถีต่างๆเหล่านี้  เรียกรวมกันว่า สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความถี่เดียวกันมีชื่อเรียกต่างกันไปขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิด