การแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากสายอากาศ

เมื่อต่อแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเข้ากับสายอากาศที่อยู่ในแนวดิ่ง ประจุไฟฟ้าในสายอากาศจะเคลื่อนที่กลับไปมาด้วยความเร่งในแนวดิ่ง และเนื่องจากประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่งจะแผ่รังสี จึงทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากระจายออกมาจากสายอากาศทุกทิศทาง ยกเว้นทิศที่อยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกับสายอากาศ

การเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในทิศตั้งฉากกับสายอากาศเป็นดังรูป 

จากรูป แสดงสายอากาศซึ่งเป็นแท่งโลหะสองแท่งต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ถ้าความต่างศักย์เปลี่ยนแปลงกับเวลาในรูปไซน์ จะทำให้ประจุไฟฟ้าในสายอากาศเคลื่อนที่กลับไปมาในแท่งโลหะทั้งสองและจะมีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากระจายออกมาโดยรอบ

รูป2แผนภาพการเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเนื่องจากประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่กลับไปมาในสายอากาศและสนามไฟฟ้า 

เคลื่อนที่จากสายอากาศด้วยความเร็วแสง 

(ไม่ได้แสดงสนาม ไว้ในรูป)

เมื่อเวลา  แท่งโลหะล่างได้รับประจุไฟฟ้าบวกมากที่สุด ส่วนแท่งโลหะบนได้รับประจุไฟฟ้าลบมากที่สุด ทำให้เกิดสนามไฟฟ้า     ซึ่งมีค่ามากที่สุดและมีทิศพุ่งขึ้นที่จุด P (สนามไฟฟ้าแทนด้วยเวกเตอร์ และใช้สัญลักษณ์เป็นลูกศร) เมื่อเวลาผ่านไป สนามไฟฟ้าจะลดลงทำให้สนามไฟฟ้าที่เกิดใกล้สายอากาศ

ก็มีค่าลดลงด้วย ในขณะเดียวกัน สนามไฟฟ้าที่มีค่ามากที่สุด ณ เวลา  จะเคลื่อนที่จากสายอากาศด้วยความเร็ว  เท่ากับความเร็วแสงและเมื่อประจุไฟฟ้าเป็นกลาง 

ณ เวลา    ( แทนคาบซึ่งเป็นเวลาที่ประจุไฟฟ้าในแท่งโลหะทั้งสองเคลื่อนที่กลับไปมาครบรอบ) ดังรูป 2 (ข) ขณะนี้สนามไฟฟ้าที่จุด Pจะลดลงเป็นศูนย์

เมื่อเวลาผ่านไป  แท่งโลหะบนจะมีประจุไฟฟ้าบวกมาก ที่สุดและแท่งโลหะล่างจะมีประจุไฟฟ้าลบมากที่สุด สนามไฟฟ้าที่จุด P จึงมีค่ามากที่สุดและมีทิศพุ่งลง ดังรูป 2 (ค) หลังจากนั้นประจุไฟฟ้าในแท่งโลหะจะลดน้อยลงเรื่อย ๆ ในสนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นใกล้กับสายอากาศก็จะมีค่าน้อยลง ๆ เช่นกัน ขณะที่สนามไฟฟ้าที่มีค่ามากที่สุด ณ เวลา จะเคลื่อนที่ออกจากสายอากาศด้วยอัตราเร็วเดียวกับแสง

ต่อมาเมื่อถึงเวลา   ประจุไฟฟ้าในแท่งโลหะทั้งสองเป็นกลาง ทำให้สนามไฟฟ้าใกล้กับสายอากาศเป็นศูนย์อีก ดังรูป 2 (ง) 

เมื่อเวลาของการเคลื่อนที่กลับไปมาของประจุไฟฟ้าครบรอบ คือ จะได้สนามไฟฟ้า

ดังรูป 2 (จ) สนามไฟฟ้าจะเกิดขึ้นตามกระบวนการซ้ำรอยเดิม เมื่อประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ครบรอบเสมอ 


สำหรับสนามแม่เหล็ก จะถูกเหนี่ยวนำให้เกิดขึ้นในทันทีที่มีสนามไฟฟ้า เกิดขึ้น สนามไฟฟ้าทั้งสองจะมีการ

เปลี่ยนแปลงด้วยเฟสตรงกัน ถ้าสนามไฟฟ้าเป็นศูนย์ สนามแม่เหล็กก็เป็นศูนย์ด้วยทิศของสนามไฟฟ้า และสนามแม่เหล็กจะตั้งฉากซึ่งกันและกัน ขณะเดียวกันทิศของสนามทั้งสองก็ตั้งฉากกับทิศของความเร็วในการเคลื่อนที่

ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าด้วย คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจึงเป็นคลื่นตามขวาง

รูป 3 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วย  และ  ที่ตั้งฉากกัน       รูป 4 ผลคูณเชิงเวกเตอร์ของ  และ 

รูป 3 แสดงสนามแม่เหล็ก  ที่เกิดจากการเหนี่ยวนำของสนามไฟฟ้า  ที่เปลี่ยนแปลง สนามไฟฟ้า และ

สนามแม่เหล็กจะเคลื่อนที่ไปตามแกน x ด้วยความเร็ว  เราอาจหาทิศของ   โดยใช้ผลคูณเชิงเวกเตอร์ของ 

และ โดยใช้กฎมือขวา ถ้ากำนิ้วทั้งสี่ของมือขวาในทิศจาก  ไป ผ่านมุม 90 องศา นิ้วหัวแม่มือจะชี้ทิศของ  ดังรูป 4 

สรุปสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ได้ดังนี้

• สนามไฟฟ้า  และสนามแม่เหล็ก มีทิศตั้งฉากซึ่งกันและกันและตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเสมอ ดังนั้นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจึงเป็นคลื่นตามขวาง

• สนามไฟฟ้า  และสนามแม่เหล็ก เป็นฟังก์ชันรูปไซน์ และสนามทั้งสองจะเปลี่ยนแปลงตามเวลาด้วยความถี่เดียวกันและเฟสตรงกัน
• คลื่นเเม่เหล็กไฟฟ้าเเผ่ออกจากเเหล่งกำเนิดโดยไม่ต้องอาศัยตัวกลาง  เเละเดินทางผ่านสุญญากาศด้วยอัตราเร็วเท่ากับอัตราเร็วของเเสง
• วัตถุใดดูดกลืนคลื่นเเม่เหล็กไฟฟ้า อุณหภูมิของวัตถุนั้นจะสูงขึ้น เเสดงว่ามีการถ่ายโอนพลังงานไปพร้อมกับคลื่นเเม่เหล็กไฟฟ้าเช่นเดียวกับคลื่นกล