คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

16,918 views

Published on

เป็นเนื้อหาของคลืนแม่เหล็กไฟฟ้า ม.6
สมบัติของคลื่น คลื่นชนิดต่าง ประโยชน์ อันตราย แบบทดสอบ พร้อมเฉลย

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

  1. 1. วิชา ฟิสิกส์ เพิ่มเติม รหัสวิชา ว30204 สาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ โรงเรียนบัวเชดวิทยา สานักงานเขตพื้นที่การศึกษามัธยมศึกษาเขต 33
  2. 2. สมบัติคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า 1. สนามไฟฟ้า 𝑬และสนามแม่เหล็ก 𝑩 มีทิศตั้งฉากซึ่งกัน และกันและตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเสมอ ดังนั้นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจึงเป็นคลื่นตามขวาง 2. สนามไฟฟ้า 𝑬 และสนามแม่เหล็ก 𝑬 เป็นฟังก์ชนรูป ั ไซน์ และสนามทั้งสองจะเปลี่ยนแปลงตามเวลาด้วยความถี่เดียวกัน และเฟสตรงกันถ้าสนามไฟฟ้าเป็นศูนย์ สนามแม่เหล็กก็เป็นศูนย์ด้วย มีค่าสูงสุด และต่าสุดพร้อมกัน 3. ประจุไฟฟ้าเมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง จะปลดปล่อยคลื่น แม่เหล็กไฟฟ้าออกมารอบการเคลื่อนทีของประจุนั้น ่
  3. 3. สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านี้แม้มีแหล่งกาเนิด และวิธีการตรวจวัดที่ไม่ เหมือนกัน แต่คลื่นเหล่านี้จะมีสมบัติร่วมกัน คือ จะเคลื่อนที่ไปได้ด้วยความเร็ว ในสุญญากาศที่เท่ากันหมด และเท่ากับความเร็วแสง พร้อมๆ กับมีการส่ง พลังงานไปพร้อมกับคลื่น
  4. 4. คลื่นวิทยุ เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทีมีความถี่อยู่ในช่วง ่ 𝟏𝟎 𝟔 − 𝟏𝟎 𝟗 เฮิรตซ์ มี 2 ระบบ 1. ระบบเอเอ็ม (Amplitude Modulation : A.M.) ความถี่อยู่ ในช่วง 530-1600 กิโลเฮิรตซ์ จะเป็นการผสม (Modulate) สัญญาณเสียง เข้ากับคลื่นวิทยุ (คลื่นพาหะ) โดยสัญญาณเสียงจะบังคับให้คลื่นพาหะมี แอมพลิจูดเปลี่ยนแปลงไปตามสัญญาณเสียง คลื่นวิทยุในช่วงความถี่นี้จะ สามารถสะท้อนได้ดีที่บรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ ข้อดี คือ ทาให้สามารถสื่อสารได้ไกลเป็นพันๆ กิโลเมตร (คลื่นฟ้า) ข้อเสีย คือ จะถูกคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากแหล่งอื่นๆ แทรกเข้ามา รบกวนได้ง่าย
  5. 5. 2. ระบบเอฟเอ็ม (Frequency Modulation : F.M.) ความถี่อยู่ในช่วง 80-108 เมกะเฮิรตซ์ เป็นการผสม (Modulate) สัญญาณเสียงเข้ากับคลื่นวิทยุ (คลื่นพาหะ) โดยสัญญาณเสียง จะบังคับให้คลืนพาหะมีความถี่เปลี่ยนไปตามสัญญาณเสียง ่ ข้อดี คือ ทาให้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากแหล่งอื่นรบกวนได้ยาก ข้อเสีย คือ สะท้อน บรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ได้น้อยมาก ทาให้ การส่งกระจายเสียงได้ระยะทางไม่ไกลต้องใช้สถานีถ่ายทอดเป็น ระยะๆ (คลื่นดิน)
  6. 6. 2. คลื่นไมโครเวฟและ โทรทัศน์มีความถี่ในช่วง 𝟏𝟎 𝟖 − 𝟏𝟎 𝟏𝟏 เฮิรตซ์ เป็นคลื่นที่ไม่สะท้อนในชั้นไอโอโนสเฟียร์ แต่จะทะลุชั้นบรรยากาศ ออกไปนอกโลกเลย การส่งสัญญาณต้องมีสถานีถ่ายทอดเป็นระยะๆ หรือใช้ดาวเทียมใน การถ่ายทอด ส่วนคลื่นไมโครเวฟจะใช้ในอุปกรณ์สาหรับหาตาแหน่งของสิ่ง กีดขวาง ตรวจจับอัตราเร็วของรถยนต์ และอากาศยานในท้องฟ้า ซึ่งเป็น อุปกรณ์สร้างขึ้นเพื่อใช้ตรวจหาที่เรียกว่า เรดาร์ (Radiation Detection And Ranging : RADAR) เพราะคลื่นไมโครเวฟสามารถสะท้อนผิวโลหะได้ดี ทาให้อาหารสุกได้ โดยโมเลกุลของน้าที่อยู่ในอาหารสั่นสะเทือน ประมาณ 2450 ล้านครั้งต่อวินาที การสั่นนี้ทาให้อาหารดูดพลังงานและเกิด ความร้อนในอาหาร
  7. 7. 3. รังสีอินฟราเรด มีความถี่ในช่วง 𝟏𝟎 𝟏𝟏 − 𝟏𝟎 𝟏𝟒 เฮิรตซ์ เกิดจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงโดยมนุษย์สามารถ รับรังสีนี้ได้โดยประสาทสัมผัสทางผิวหนัง รังสีอินฟราเรดมี ความสามารถทะลุผ่านเมฆหมอกที่หนาได้มากกว่า แสงธรรมดา จึงทาให้รังสีอินฟาเรดมาใช้ในการศึกษา สภาพแวดล้อมและลักษณะพืนผิวโลก โดยการถ่ายภาพพื้นโลก ้ จากดาวเทียม ส่วนนักธรณีวิทยาก็อาศัยการถ่ายภาพจากดาวเทียม ด้วยรังสีอินฟาเรดในการสารวจหาแหล่งน้ามัน แร่ธาตุ และชนิดต่างๆ ของหินได้
  8. 8. นอกจากนี้รังสีอินฟราเรดยังใช้ในรีโมทคอนโทรล (Remote control) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ควบคุมระยะไกล ในกรณีนี้รังสีอินฟราเรดจะเป็นตัวนาคาสังจากอุปกรณ์ ่ ควบคุมไปยังเครื่องรับ และใช้รังสีอินฟราเรดเป็นพาหะนา สัญญาณในเส้นใยนาแสง (Optical fiber) ปัจจุบันทาง การทหารได้นารังสีอินฟราเรดนี้มาใช้ในการควบคุมการ เคลื่อนที่ของอาวุธนาวิถีให้เคลื่อนที่ไปยังเป้าหมายได้อย่าง แม่นยา
  9. 9. 4. แสง มีความถี่ประมาณ 𝟏𝟎 𝟏𝟒 เฮิรตซ์ มีความยาวคลื่น 400nm-700nm มนุษย์สามารถรับรู้แสงได้ ด้วยประสาทสัมผัสทางตา โดยจะ เห็นเป็นสีต่างๆ เรียงจากความถี่มากไปน้อย คือ ม่วง คราม น้าเงิน เขียว เหลือง แสด แดง ส่วนใหญ่แสงจะเกิดจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงมากๆ ซึ่งจะส่งออกมา พร้อมๆ กันหลายความถี่ เมื่อ มีอุณหภูมิยิ่งสูงความถี่แสงทีเปล่งออกมาก็ยิ่งมาก ่ นักวิทยาศาสตร์จึงใช้สีแสงของดาวฤกษ์ในการบอกว่าดาวฤกษ์ ดวงใดมีอุณหภูมิสูงกว่ากัน เช่น ดาวฤกษ์สีน้าเงินจะมีอุณหภูมิสูงกว่าดาวฤกษ์สี เหลือง, เปลวไฟจากเตาแก๊สซึ่งมี อุณหภูมสูงจะเกิดสีน้าเงินหรือสีม่วง แต่ไฟจาก ิ แสงเทียนซึ่งมีอุณหภูมิต่ากว่าจะเกิดแสงสีแดงหรือสีแสด เป็นต้น
  10. 10. 5. รังสีอัลตราไวโอเลต มีความถี่ในช่วง 𝟏𝟎 𝟏𝟓 − 𝟏𝟎 𝟏𝟖 เฮิรตซ์ ในธรรมชาติส่วนใหญ่มาจากดวงอาทิตย์ รังสีนี้เป็นตัวการทาให้ บรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์แตกตัวเป็นไอออนได้ดี เพราะรังสี อัลตราไวโอเลตมีพลังงานสูง พอที่ทาให้อิเล็กตรอนหลุดจากโมเลกุล อากาศ พบว่าในไอโอโนสเฟียร์มีโมเลกุลหลายชนิด เช่น โอโซนซึ่ง สามารถกั้นรังสีอัลตราไวโอเลตได้ดี ประโยชน์ของรังสีอัลตราไวโอเลต คือ ใช้ตรวจสอบลายมือชื่อ, ใช้รักษาโรคผิวหนัง, ใช้ฆ่าเชื้อโรค บางชนิดได้, ใช้ในสัญญาณกันขโมย แต่รังสี อัลตราไวโอเลตถ้าได้รับในปริมาณที่สูงอาจทาให้เกิดอันตรายต่อ เซลล์ผิวหนังเป็นมะเร็งผิวหนังโดยเฉพาะ UV B และรังสีอัลตราไวโอเลต เป็นอันตรายต่อนัยน์ตาของมนุษย์ได้
  11. 11. 6. รังสีเอกซ์ มีความถีในช่วง ่ 𝟏𝟕 𝟐𝟏 𝟏𝟎 − 𝟏𝟎 เฮิรตซ์ รังสีเอกซ์มีสมบัติในการทะลุสิ่งกีดขวางหนาๆ และตรวจรับได้ ด้วยฟิล์ม จึงใช้ประโยชน์ในการหารอยร้าวภายในชิ้นโลหะ ขนาดใหญ่ ใช้ในการตรวจสอบสัมภาระของผู้โดยสาร ตรวจหาอาวุธปืนหรือวัตถุระเบิด และในทางการแพทย์ใช้รังสี เอกซ์ฉายผ่านร่างกายมนุษย์ไปตกบนฟิล์ม ในการตรวจหา ความผิดปกติของอวัยวะภายใน และกระดูกของมนุษย์
  12. 12. 7. รังสีแกมมา ใช้เรียกคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ สูงมากกว่ารังสีเอกซ์ เกิดจากการสลายตัวของ นิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสี หรือเป็นรังสีพลังงานสูงจาก นอกโลก เช่น รังสีคอสมิกและบางชนิดมาจากการแผ่รังสี ของประจุไฟฟ้าที่ถูกเร่งในเครื่องเร่งอนุภาค (Cyclotron) มี อันตรายต่อมนุษย์มากที่สุด เพราะสามารถทาลาย เซลล์สิ่งมีชีวิตได้ แต่สามารถใช้ประโยชน์ในการรักษา โรคมะเร็งได้
  13. 13. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นรูปแบบหนึ่งของการถ่ายเทพลังงาน จากแหล่งที่มีพลังงานสูงแผ่รังสีออกไปรอบๆ โดยมี คุณสมบัติที่ เกี่ยวข้องกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คือ ความยาวคลื่น (λ) โดยอาจ วัดเป็น nanometer (nm) หรือ micrometer (μm) และ ความถี่คลื่น (f) ซึ่งจะวัดเป็น hertz (Hz) โดยคุณสมบัติทั้งสองมี ความสัมพันธ์ผ่าน ค่าความเร็วแสงในรูป C = fλ พลังงานของ คลื่นพิจารณาเป็นความเข้มของกาลังงาน หรือฟลักซ์ของการแผ่ รังสี (มีหน่วยเป็น พลังงานต่อหน่วยเวลาต่อหน่วยพื้นที่ = Joule 𝒔−𝟏 ⋅ 𝒎−𝟐 = watt ⋅ 𝒎−𝟐 ) ซึ่งอาจวัดจากความเข้มที่เปล่ง ออกมา (Radiance) หรือความเข้มที่ตกกระทบ (Irradiance)
  14. 14. เครื่องมือวัด (Sensor) ของดาวเทียมหรืออุปกรณ์ตรวจวัดจะ ออกแบบมาให้เหมาะสมกับช่วงความยาวของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงคลื่น ต่างกัน เช่น - ช่วงรังสีแกมมา (Gamma Ray : l < 0.1 nm) และช่วงรังสีเอกซ์ (X-Ray : 0.1 nm < l < 300 nm)เป็นช่วงทีมีพลังงานสูง แผ่รังสีจาก ่ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ หรือจากสารกัมมันตรังสี - ช่วงอัลตราไวโอเลต เป็นช่วงที่มีพลังงานสูง เป็นอันตรายต่อเซลล์ สิ่งมีชีวิต - ช่วงคลื่นแสง เป็นช่วงคลื่นทีตามนุษย์รับรูได้ ประกอบด้วยแสงสี ่ ้ ม่วง ไล่ลงมาจนถึงแสงสีแดง - ช่วงอินฟราเรด เป็นช่วงคลืนที่มีพลังงานต่า ตามนุษย์มองไม่เห็น ่ จาแนกออกเป็น อินฟราเรดคลื่นสั้น และอินฟราเรดคลื่นความร้อน
  15. 15. o Near Infrared (NIR) ความยาวคลื่นจะอยู่ ในช่วงระหว่าง 0.7 ถึง 1.5 μm o Short Wavelength Infrared (SWIR) ความ ยาวคลื่นจะอยู่ในช่วงระหว่าง 1.5 ถึง 3 μm o Mid Wavelength Infrared (MWIR) ความ ยาวคลื่นจะอยู่ในช่วงระหว่าง 3 ถึง 8 μm o Long Wavelength Infrared (LWIR) ความ ยาวคลื่นจะอยู่ในช่วงระหว่าง 8 ถึง15 μm o Far Infrared (FIR) ความยาวคลื่นจะมากกว่า 15 μm
  16. 16. ช่วงคลื่นวิทยุ (Radio Wave) เป็นช่วงคลื่นที่เกิดจากการสั่นของ ผลึกเนื่องจากได้รับสนามไฟฟ้า หรือเกิด จากการสลับขั้วไฟฟ้า สาหรับ ในช่วงไมโครเวฟ มีการให้ชื่อเฉพาะ เช่น o P Band ความถี่อยู่ในช่วง 0.3-1 GHz (30-100 cm) o L Band ความถี่อยู่ในช่วง 1-2 GHz (15-30 cm) o S Band ความถี่อยู่ในช่วง 2-4 GHz (7.5-15 cm) o C Band ความถี่อยู่ในช่วง 4-8 GHz (3.8-7.5 cm) o X Band ความถี่อยู่ในช่วง 8-12.5 GHz (2.4-3.8 cm) o Ku Band ความถี่อยู่ในช่วง 12.5-18 GHz (1.7-2.4 cm) o K Band ความถี่อยู่ในช่วง 18-26.5 GHz (1.1-1.7 cm) o Ka Band ความถี่อยู่ในช่วง 26.5-40 GHz (0.75-1.1 cm)
  17. 17. ปัจจุบันได้มีการตรวจโดยใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (เอ็ม อาร์ไอ) เพื่อช่วยในการวินิจฉัยโรคของกระดูกและข้อ เป็น จานวนมาก การตรวจ MRI จะเห็นความผิดปกติที่เกิดขึ้น ภายในโพรงกระดูก หรือไขกระดูกได้อย่างชัดเจน เช่น เนื้องอก ภายในกระดูก MRI จะสามารถบอกขอบเขตของโรคได้ถูกต้อง แม่นยา เพื่อประโยชน์ในการวาง แผนการรักษาโรคของกระดูก บางอย่าง เช่น การขาดเลือดไปเลี้ยงที่หัวของกระดูกต้นขา MRI เป็นการตรวจที่ ไวที่สุด สามารถตรวจพบความผิดปกติได้ แม้ภาพเอกซเรย์ธรรมดายังปกติอยู่ ข้อที่มีการตรวจ MRI มาก ที่สุด คือ ข้อเข่า รองลงมา คือ ข้อไหล่
  18. 18. จุดเด่นของเครื่องตรวจโดยใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คือ เป็นการตรวจที่ปลอดภัยและไม่เจ็บ อย่างไรก็ตาม ข้อจากัดบางประการในกรณีผู้ป่วยที่มีอุปกรณ์แม่เหล็กอยู่ ภายในร่างกาย เช่น เครื่องกระตุ้นหัวใจจะไม่สามารถทา การตรวจโดยใช้เครื่องตรวจโดยใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (เอ็ม อาร์ไอ)
  19. 19. คลื่นแม่เหล็กอาจก่อให้เกิดมะเร็ง เนื้องอกในสมอง อัลไซเมอร์ โรคพาร์กินสัน โรคติดเชื้อ เสื่อมสมรรถภาพทางเพศ กระดูกพรุน เป็นต้น ในบรรดาเครื่องใช้ไฟฟ้า หรืออุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหลาย โทรศัพท์มือถือจะทาให้ได้รับอันตรายมากที่สุด เนื่องจากลักษณะการใช้จะ ใกล้ชิดหูมากกว่าเครื่องใช้ไฟฟ้าอื่นๆ ดังนั้นแฟชั่นการใช้ โทรศัพท์มือถือใน เด็กถือว่าเป็นสิ่งที่อันตราย เนื่องจากเด็กมีสภาพร่างกายที่ต่างจากผู้ใหญ่ โดยเฉพาะเด็กเล็กที่ กะโหลกจะบางกว่าผู้ใหญ่ การรับคลื่นความร้อน เหล่านั้นอาจจะส่งผลให้สมองเสือมเร็วยิ่งขึ้น ่
  20. 20. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแผ่รังสีออกมา หรือทาให้บางคนประสาทตาเสีย มีอาการปวดศีรษะ ปวดตา อาเจียน หากได้รับ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามากๆ ร่างกายจะเกิดสภาวะเลือดข้นขึ้นทาให้เลือดใน ร่างกายหมุนเวียนได้ยาก ของเสียผ่าน ออกมาได้ลาบาก จะเกิดการหมักหมม ของเสียออกยากของดีก็เข้ายาก ในที่สุดเซลล์จะเสือมคุณภาพ และทาให้เกิดการเจ็บป่วย ภูมิคุ้มกันเชื้อโรค ่ ต่างๆ ที่เคยทางานปกติจะบกพร่อง เกิดโรคต่างๆ ติดตามมา เช่น โรคติดเชื้อ ง่าย ปวดศีรษะ กระดูกผุ
  21. 21. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากโทรศัพท์มือถืออาจส่งความ ร้อนถึงลูกอัณฑะ ทาให้อสุจิเกิดอันตรายได้ ข้อควรระวัง คือ ไม่ควรใส่มือถือในกระเป๋ากางเกงหรือคาดเอว ผู้หญิงไม่ควร แขวนมือถือในช่วงหน้าอก เพราะมือถือที่เปิดเครื่องไว้จะส่ง คลื่นแม่เหล็กตลอดเวลา ส่วนการใช้สมอลทอล์กบริเวณสมอง ได้รับคลื่นแม่เหล็กน้อยลงจริง แต่หาก เครื่องมือถืออยู่ใกล้ ร่างกายก็ได้รับอันตรายเช่นกัน
  22. 22. 1. แกมมา : พลังงานมากที่สุด อันตรายมากที่สุด ใช้รักษาโรคผิวหนัง และถนอมผลไม้ 2. รังสี X : ใช้สแกนหาสิ่งที่ถูกปกปิดด้วยวัตถุหนาๆ 3. Ultraviolet(UV) : รังสีเหนือม่วง UV B อันตรายมาที่สุด(เป็น โรคมะเร็งผิวหนัง) 4. แสง (Light) : มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า 5. Infrared : รังสีใต้แดง ปลอดภัย ใช้ในรีโมทคอนโทรล และ ถ่ายภาพจากดาวเทียม สามารถรับรู้ด้วยผิวหนัง เพราะเป็นรังสีที่ ให้ความร้อน 6. Microwave : คลื่นขนาดเล็ก ใช้ทาเรดาร์(RADAR) เพราะสะท้อน ผิวโลหะได้ดี ทาให้อาหารสุกได้ 7. คลื่นวิทยุ : พลังงานน้อยสุด นักบินอวกาศใช้สื่อสาร
  23. 23. 3. ข้อใดเป็นการเรียงลาดับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากความยาวคลื่นน้อยไปมาก ที่ถูกต้อง 1) รังสีเอกซ์ อินฟราเรด ไมโครเวฟ 2) อินฟราเรด ไมโครเวฟ รังสีเอกซ์ 3) รังสีเอกซ์ ไมโครเวฟ อินฟราเรด 4) ไมโครเวฟ อินฟราเรด รังสีเอกซ์
  24. 24. 5. มนุษย์อวกาศสองคนปฏิบัติภารกิจบนพื้นผิวดวงจันทร์สื่อสารกันด้วยวิธีใด สะดวกที่สุด 1) คลื่นเสียงธรรมดา 2) คลื่นเสียงอัลตราซาวด์ 3) คลื่นวิทยุ 4) คลื่นโซนาร์
  25. 25. 7. คลื่นวิทยุ FM ความถี่ 88 เมกะเฮิรตซ์ มีความยาวคลื่นเท่าใด กาหนดให้ ความเร็วของคลื่นวิทยุเท่ากับ 3.0 ×𝟏𝟎 𝟖 เมตร/วินาที 1) 3.0 m 2) 3.4 m 3) 6.0 m 4) 6.8 m

×