บทความเรื่องคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
บทความเรื่องคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
การเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
แมกซ์เวลล์ได้เสนอต่อไปว่า ถ้ามีการเปลี่ยนแปลงทั้งสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าพร้อมกันและต่อเนื่องแล้ว จะเป็นผลให้การเหนี่ยวนำสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กแผ่ออกไปเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ด้วยความเร็วเท่ากับความเร็วแสง และแมกซ์เวลล์สรุปว่า แสงคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
การแผ่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเปรียบเทียบได้กับการแผ่กระจายของคลื่นน้ำที่แผ่ออกจากจุดที่กระทุ่มน้ำ โดย สมมติให้ ลวดตัวนำ คู่หนึ่งเป็นแหล่งกำเนิดคลื่น ที่ต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ สมมติว่ามีเพียงประจุเดียวอยู่ที่ลวดตัวนำแต่ละเส้น แหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับทำให้ประจุบวกและลบเคลื่อนที่ในตัวกลับไปกลับมา เป็นผลให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแผ่ออกมา
การเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามหลักของแมกซ์เวลล์ อธิบายได้ว่า เกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุที่ถูกเร่ง ทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแผ่ออกจากลวดตัวนำทุกทิศทาง ยกเว้นทิศที่อยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกับลวดตัวนำนั้น
เมื่อพิจารณาการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า จะพบว่ามีการเปลี่ยนแปลงพร้อมกัน กล่าวคือ สนามทั้งสองจะมีค่าสูงสุดพร้อมกันและต่ำสุดพร้อมกัน นั่นคือ ทั้งสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กมีเฟสตรงกัน โดยทิศของสนามไฟฟ้าจะตั้งฉากกับทิศของสนามแม่เหล็ก และสนามทั้งสองมีทิศตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น
สรุปลักษณะของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
1. การเปลี่ยนแปลงค่าของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าเกิดขึ้นพร้อมกัน ดังนั้นสนามทั้งสองจึงมีค่าสูงสุดและต่ำสุดพร้อมๆกัน หรือมีเฟสตรงกัน
2. ทิศของสนามแม่เหล็กและทิศของสนามไฟฟ้าจะตั้งฉากซึ่งกันและกัน และตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นซึ่งมีลักษณะเป็นคลื่นตามขวาง
3. ณ บริเวณใดมีคลื่นไฟฟ้าผ่านบริเวณนั้นจะมีสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าทันที
4. อนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วไม่คงที่ จะมีการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา
การศึกษาที่ผ่านมา คลื่นผิวน้ำและคลื่นเสียงเป็นคลื่นกลที่เคลื่อนที่โดยอาศัยตัวกลาง ยังมีคลื่นอีกชนิดหนึ่งที่เคลื่อนที่โดยไม่อาศัยตัวกลาง คือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic wave)
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าซึ่งเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ทิศของสนามทั้งสองตั้งฉากกันและตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่
การทดลองของเฮิรตซ์
เฮิรตซ์ ได้ทดลองเพื่อพิสูจน์ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ โดยใช้ขดลวดเหนี่ยวนำที่ให้ค่าความต่างศักย์สูงเชื่อมต่อกับโลหะทรงกลม 2 ลูกซึ่งวางใกล้กันมาก จะมีหน้าที่คล้ายกับตัวเก็บประจุ อุปกรณ์ชิ้นนี้คล้ายกับวงจร LC ของเครื่องส่งคลื่นวิทยุ การออสซิลเลตของคลื่นทำได้โดย ป้อนความต่างศักย์เป็นช่วงคลื่นสั้นๆ เข้าไปที่ขดลวดตัวนำ จะเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ความถี่ประมาณ 100 MHz จากนั้นเฮริตซ์สร้างวงจรขึ้นมาอีกวงหนึ่ง ประกอบด้วยขดลวดเพียงขดเดียว ที่ปลายขดลวดมีทรงกลมตัวนำวางไว้ใกล้กัน วงจรชุดนี้ทำหน้าที่คล้ายเครื่องรับคลื่น
เฮิรตซ์พบอีกว่าวงจรรับคลื่น จะสามารถรับคลื่นได้ก็ต่อเมื่อ ความถี่ที่ส่งมานั้นเป็นความถี่รีโซแนนซ์ของวงจรรับคลื่นพอดี ถ้าความต่างศักย์บนขดลวดชุดรับคลื่นมีค่าสูง จะทำให้เกิดประกายไฟข้ามไปมาระหว่างทรงกลมทั้งสอง
การทดลองนี้แสดงให้เห็นว่า พลังงานสามารถส่งผ่านจากที่หนึ่งไปยังที่หนึ่งได้โดยอยู่ในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
จากการศึกษายังพบว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าช่วงความถี่ต่างๆ มีลักษณะเฉพาะตัว จึงมีชื่อเรียกต่างกัน เมื่อเรียงลำดับจากความถี่ต่ำไปความถี่สูงจะได้ดังนี้ คลื่นวิทยุ ไมโครเวฟ รังสีอินฟราเรด แสงที่ตามองเห็ฯ รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ และรังสีแกมมา คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกช่วงที่มีความถี่ที่ต่อเนื่องกัน รวมเรียกว่า สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic spectrum)
หน่วยของความถี่
ความถี่มีหน่วยเป็นเฮิรตซ์ (Hz) นอกจากนี้ยังมีหน่วย กิโลเฮิรตซ์ (kHz) เมกะเฮิรตซ์ (MHz) และจิกะเฮิรตซ์ (GHz) โดยมีวคามสัมพันธ์กันดังนี้
1 kHz = 1000 Hz = 103 Hz
1 MHz = 1000 kHz = 106 Hz
1 GHz = 1000 MHz = 109 Hz
ในธรรมชาติมีแหล่งกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามากมาย เช่น ดวงอาทิตย์ ดาวฤกษ์อื่นๆ และแร่ธาตุบางชนิด มนุษย์ยังใช้ความรู้ความสามารถประดิษฐ์เครื่องกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้อีกมาก ซึ่งนำมาใช้ประโยชน์อย่างกว้างขวาง อย่างไรก็ตาม คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีทั้งประโยชน์และโทษ จึงจำเป็นต้องมีความรู้ความเข้าใจอย่างถูกต้องแท้จริง
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้ประโยชน์มากในชีวิจประจำวันคือ คลื่นวิทยุ (radio wave) ซึ่งมีความถี่ในช่วง 104 ถึง 109 เฮิรตซ์ เป็นคลื่นที่ใช้ในการส่งข่าวสารและสาระบันเทิง ทำการส่งได้โดยเปลี่ยนเสียงให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า แล้วผสมกับคลื่นวิทยุซึ่งทำหน้าที่เป็นคลื่นพาหะคลื่นที่ผสมแล้วจะถูกขยายให้มีกำลังสูงขึ้น แล้วส่งไปยังสายอากาศเพื่อกระจายคลื่นไปยังเครื่องรับวิทยุ
การผสมสัญญาณเสียงกับคลื่นวิทยุมี 2 ระบบคือ เอเอ็ม (AM : Amplitude Modulation) และเอฟเอ็ม (FM: Frequency Modulation) การผสมคลื่นระบบ AM แอมพลิจูดของคลื่นพาหะจะเปลี่ยนตามคลื่นเสียง ส่วนความถี่ของคลื่นพาหะไม่เปลี่ยน โดยส่งกระจายเสียงด้วยความถี่ 530-1,600 กิโลเฮิรตซ์ ส่วนการผสมคลื่นระบบ FM แอมพลิจูดของคลื่นพาหะไม่เปลี่ยนแปลง แต่ความถี่ของคลื่นพาหะเปลี่ยนแปลงตามคลื่นเสียง ส่งกระจายเสียงด้วยความถี่ 88 - 108 เมกะเฮิรตซ์
นอกจากนี้ยังอาจส่งกระจายเสียงโดยใช้คลื่นวิทยุที่มีความถี่สูงกว่าเล็กน้อย คือ ประมาณ 2 -30 เมกะเฮิรตซ์ เรียกว่า คลื่นสั้น หรือ ชอร์ทเวฟ มักใช้ในการสื่อสารระหว่างประเทศ
การใช้งานคลื่นวิทยุและไมโครเวฟ
| ช่วงความถี่ | การใช้งาน |
| 30 Hz - 300 kHz 300 kHz - 3 MHz 3 - 30 MHz 30 - 300 MHz 300 MHz - 3GHz มากกว่า 3 GHZ | สื่อสารทางทะเล ส่งคลื่นวิทยุระบบเอเอ็ม ส่งคลื่นสั้นระหว่างประเทศ ส่งคลื่นวิทยุระบบเอฟเอ็ม ส่งคลื่นโทรทัศน์และโทรทัศน์เคลื่อนที่ สื่อสารผ่านดาวเทียม |
อ้างอิง
C.Sitthisak.//คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า.//สืบค้นเมื่อ 24 ตุลาคม 2561,/
จากhttp://www.scimath.org/lesson-physics/item/7218-electromagnetics
วิชาการ.คอม.//คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า.//สืบค้นเมื่อ 24 ตุลาคม 2561,/
จากhttp://www.vcharkarn.com/lesson/1037
ความคิดเห็น
แสดงความคิดเห็น