สเปกตรัมคลื่นเเม่เหล็กไฟฟ้า

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความถี่ต่อเนื่องกันเป็นช่วงกว้างเราเรียกช่วงความถี่เหล่านี้ว่า "สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า" และมีชื่อเรียกช่วงต่าง ๆ ของความถี่ต่างกันตามแหล่งกำเนิดและวิธีการตรวจวัดคลื่น

                                  สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า 

1. คลื่นวิทยุ

– ผลิตจากอุปกรณ์อิเลคโทรนิคส์โดยวงจรออสซิลเลเดอร์
– มีความถี่ในช่วง 10^4 – 10^9 เฮิร์ตซ์
– ใช้ในการสื่อสาร ส่งกระจายเสียงโดยใช้คลื่นฟ้าและคลื่นดิน
– สามารถเลี้ยวเบนผ่านสิ่งกีดขวางที่มีขนาดใกล้เคียงกับความยาวคลื่นได้
– โลหะมีสมบัติในการสะท้อนและดูดกลืนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ดี ดังนั้นคลื่นวิทยุจังผ่านไม่ได้
– การกระจายเสียงออกอากาศมีทั้งระบบ F.M. และ A.M.

1.1    ระบบเอเอ็ม (A.M. = amplitude modulation)
ระบบเอเอ็ม มีช่วงความถี่ 530 – 1600 kHz สื่อสารโดยใช้คลื่นเสียงผสมเข้าไปกับคลื่นวิทยุเรียกว่า “คลื่นพาหะ” โดยแอมพลิจูดของคลื่นพาหะจะเปลี่ยนแปลงตามสัญญาณคลื่นเสียง
ในการส่งคลื่นระบบ A.M. สามารถส่งคลื่นได้ทั้งคลื่นดินเป็นคลื่นที่เคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงขนานกับ ผิวโลกและคลื่นฟ้าโดยคลื่นจะไปสะท้อนที่ชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ แล้วสะท้อนกลับลงมา จึงไม่ต้องใช้สายอากาศตั้งสูงรับ

สรุป      A.M. ( Amplitude Moduration)
•    เป็นการผสมสัญญานเสียงเข้ากับคลื่นพาหะโดยที่สัญญาณเสียงจะไปบังคับให้แอมปลิจูดของคลื่นพาหะเปลี่ยนแปลง
•    ความถี่ 530-1600 กิโลเฮิร์ตซ์
•    สะท้อนกับบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ได้ดี

1.2    ระบบเอฟเอ็ม (F.M. = frequency modulation)

ระบบเอฟเอ็ม มีช่วงความถี่ 88 – 108 MHz (เมกะเฮิรตซ์) สื่อสารโดยใช้คลื่นเสียงผสมเข้ากับคลื่นพาหะ โดยความถี่ของคลื่นพาหะจะเปลี่ยนแปลงตามสัญญาณคลื่นเสียงในการส่งคลื่นระบบ F.M. ส่งคลื่นได้เฉพาะคลื่นดินอย่างเดียว ถ้าต้องการส่งให้คลุมพื้นที่ต้องมีสถานีถ่ายทอดและเครื่องรับต้องตั้งเสา อากาศสูง ๆ รับ

สรุป  F.M. (Frequency Moduration)
•    เป็นการผสมสัญญานเสียงเข้ากับคลื่นพาหะโดยที่สัญญานเสียงจะไปบังคับให้ความถี่ของคลื่นพาหะเปลี่ยนแปลง
•    ความถี่ 88-108 เมกะเฮิร์ตซ์

2. คลื่นโทรทัศน์และไมโครเวฟ

คลื่นโทรทัศน์และไมโครเวฟมีความถี่ช่วง 10^8 – 10^12 Hz มีประโยชน์ในการสื่อสาร แต่จะไม่สะท้อนที่ชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ แต่จะทะลุผ่านชั้นบรรยากาศไปนอกโลก ในการถ่ายทอดสัญญาณโทรทัศน์จะต้องมีสถานีถ่ายทอดเป็นระยะ ๆ เพราะสัญญาณเดินทางเป็นเส้นตรง และผิวโลกมีความโค้ง ดังนั้นสัญญาณจึงไปได้ไกลสุดเพียงประมาณ 80 กิโลเมตรบนผิวโลก อาจใช้ไมโครเวฟนำสัญญาณจากสถานีส่งไปยังดาวเทียม แล้วให้ดาวเทียมนำสัญญาณส่งต่อไปยังสถานีรับที่อยู่ไกล ๆ เนื่องจากไมโครเวฟจะสะท้อนกับผิวโลหะได้ดี จึงนำไปใช้ประโยชน์ในการตรวจหาตำแหน่งของอากาศยาน เรียกอุปกรณ์ดังกล่าวว่า เรดาร์ โดยส่งสัญญาณไมโครเวฟออกไปกระทบอากาศยาน และรับคลื่นที่สะท้อนกลับจากอากาศยาน ทำให้ทราบระยะห่างระหว่างอากาศยานกับแหล่งส่งสัญญาณไมโครเวฟได้

สรุป  ความถี่ 10^8 – 10^12 เฮิรตซ์

•    ไม่สะท้อนกับบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์จึงส่งเป็นเส้นตรงแล้วใช้สถานีถ่ายทอดเป็นระยะ
หรือใช้คลื่นไมโครเวฟนำสัญญาณโทรทัศน์ไป  ยังดาวเทียม
•    คลื่นโทรทัศน์มีความยาวคลื่นสั้นจึงเลี้ยวเบนผ่านสิ่งกีดขวางใหญ่ๆ เช่น รถยนต์ หรือเครื่องบินไม่ได้
ดังนั้นจะเกิดการสะท้อนกับเครื่องบิน กลับมาแทรกสอดกับคลื่นเดิม ทำให้เกิดคลื่นรบกวนได้
•    ไมโครเวฟสะท้อนโลหะได้ดี จึงใช้ทำเรดาห์

3. รังสีอินฟาเรด (infrared rays)

รังสีอินฟาเรดมีช่วงความถี่ 10^11 – 10^14 Hz หรือความยาวคลื่นตั้งแต่ 10^-3 – 0.3เมตร ซึ่งมีช่วงความถี่คาบเกี่ยวกับไมโครเวฟ รังสีอินฟาเรดสามารถใช้กับฟิล์มถ่ายรูปบางชนิดได้ และใช้เป็นการควบคุมระยะไกลหรือรีโมทคอนโทรลกับเครื่องรับโทรทัศน์ได้

สรุป
•     ความถี่ 10^11 – 10^18
•    ตรวจรับได้ด้วยประสาทสัมผัสทางผิวหนัง หรือ ฟิล์มถ่ายรูปชนิดพิเศษ
•    สิ่งมีชีวิตแผ่ออกมาตลอดเวลาเพราะเป็นคลื่นความร้อน
•    ใช้ในการสื่อสาร เช่น ถ่ายภาพพื้นโลกจากดาวเทียม, ใช้เป็นรีโมทคอนโทรลของเครื่องวิทยุและโทรทัศน์ และใช้ควบคุมจรวดนำวิถี
•    ใช้เป็นพาหะนำสัญญาณในเส้นใยนำแสง (optical fiber)

4. แสง (light)

แสงมีช่วงความถี่ 10^14Hz หรือความยาวคลื่น 400-700 นาโนเมตร เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ประสาทตาของมนุษย์รับได้ สเปกตรัมของแสงสามารถแยกได้ดังนี้

สรุป                                                                                                          •    ความถี่ประมาณ 10^14 เฮิรตซ์ ความยาวคลื่นประมาณ 400-700 นาโนเมตร

•    ตรวจรับโดยใช้จักษุสัมผัส

•    มักเกิดจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูง , และถ้าวัตถุยิ่งมีอุณหภูมิสูงจะยิ่งมีพลังงานแสงยิ่งมาก

•    อาจเกิดจากวัตถุที่มีอุณหภูมิไม่สูงก็ได้ เช่น แสงจากหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์, หิ่งห้อย, เห็ดเรืองแสง

•    เลเซอร์ เป็นแหล่งกำเนิดแสงอาพันธ์ที่ให้แสงโดยไม่อาศัยความร้อน มีความถี่และเฟสคงที่

(ถ้าเป็นแสงที่เกิดจากความร้อนจะมีหลายความถี่และเฟสไม่คงที่) จนสามารถใช้เลเซอร์ในการสื่อสารได้,

ถ้าใช้เลนส์รวมแสงให้ความเข้มข้นสูงๆ จะใช้เลเซอร์ในการผ่าตัดได้

•    บริเวณที่แสงเลเซอร์ตก จะเกิดความร้อน

5. รังสีอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet rays)

     รังสีอัลตราไวโอเลต หรือ รังสีเหนือม่วง มีความถี่ช่วง 10^15 – 10^18 Hz เป็นรังสีตามธรรมชาติส่วนใหญ่มาจากการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ ซึ่งทำให้เกิดประจุอิสระและไอออนในบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ รังสีอัลตราไวโอเลต สามารถทำให้เชื้อโรคบางชนิดตายได้ แต่มีอันตรายต่อผิวหนังและตาคน

สรุป

•    มีความถี่ประมาณ 10^15- 10^18 เฮิรตซ์

•    รังสีนี้ในธรรมชาติ ส่วนใหญ่มาจากดวงอาทิตย์
•    เป็นรังสีที่ทำให้เกิดประจุอิสระและไอออนในบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์
•    เป็นอันตรายต่อเซลผิวหนัง, ตา และใช้ฆ่าเชื้อโรคได้
•    สามารถสร้างขึ้นได้โดยผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในหลอดที่บรรจุไอปรอท
•    ผ่านแก้วได้บ้างเล็กน้อยแต่ผ่านควอตซ์ได้ดี
•    การเชื่อมโลหะด้วยไฟฟ้าจะทำให้เกิดรังสีนี้ได้

6. รังสีเอกซ์ (X-rays)

 

       รังสีเอกซ์ มีความถี่ช่วง 10^16 – 10^22 Hz มีความยาวคลื่นระหว่าง 10-8 – 10-13 เมตร ซึ่งสามารถทะลุสิ่งกีดขวางหนา ๆ ได้ หลักการสร้างรังสีเอกซ์คือ การเปลี่ยนความเร็วของอิเล็กตรอน มีประโยชน์ทางการแพทย์ในการตรวจดูความผิดปกติของอวัยวะภายในร่างกาย ในวงการอุตสาหกรรมใช้ในการตรวจหารอยร้าวภายในชิ้นส่วนโลหะขนาดใหญ่ ใช้ตรวจหาอาวุธปืนหรือระเบิดในกระเป๋าเดินทาง และศึกษาการจัดเรียงตัวของอะตอมในผลึก

สรุป

•  ความถี่ประมาณ 10^16 – 10^22 Hz
•  ทะลุผ่านสิ่งกีดขวางหนาๆ ได้ แต่ถูกกั้นได้ด้วยอะตอมของธาตุหนัก จึงใช้ตรวจสอบรอยร้าวในชิ้นโลหะขนาดใหญ่,

ใช้ตรวจหาอาวุธปืนในกระเป๋าเดินทาง

•  ความยาวคลื่นประมาณ 10 -10 เมตร ซึ่งใกล้เคียงกับขนาดอะตอมและช่องว่างระหว่างอะตอมของผลึกจึงใช้วิเคราะห์โครงสร้างผลึกได้

 7. รังสีแกมมา (X -rays)

 

       รังสีแกมมามีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้ามีความถี่สูงกว่ารังสีเอกซ์ เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์และสามารถกระตุ้น ปฏิกิริยานิวเคลียร์ได้ มีอำนาจทะลุทะลวงสูงไม่ต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่

สรุป

•    ใช้เรียกชื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงกว่ารังสีเอกซ์

•    รังสีแกมม่าที่พบในธรรมชาติ เช่น รังสีแกมม่าที่เกิดจากการแผ่สลายของสารกัมมันตรังสี, รังสีคอสมิคที่มาจากอวกาศก็มีรังสีแกมม่าได้
•    รังสีแกมม่าอาจทำให้เกิดขึ้นได้ เช่นการแผ่รังสีของอนุภาคไฟฟ้าในเครื่องเร่งอนุภาค