แสง (light) - atom.rmutphysics.com ·...

แสง (Light)

แสง คืออะไร ?

แสงสามารถแสดงคุณสมบตัิไดท้ั้งคุณสมบตัิของคลื่นและคุณสมบตัิ

ของอนุภาค นัน่กค็ือแสงเป็นสิ่งที่มีคุณสมบตัิคู่ของคลื่น-อนุภาคนัน่เอง

โดยที่คุณสมบตัิคลื่นของแสงจะเกี่ยวขอ้งกบัประกฏการณ์แทรกสอด

และปรากฏการณ์เลี้ยวเบน ส่วนคุณสมบตัิอนุภาคของแสงจะเกี่ยวขอ้ง

กบัปรากฏการณ์โฟโตอิเลคตริก

แสงแสดงคุณสมบตัิของคลื่น

แสงเป็นคลื่นแม่เหลก็ไฟฟ้า

การคน้พบที่สาํคญัที่สุดในศตวรรษที่18 คือการที่แมกซ์เวลคน้พบวา่แสงเป็นคลื่น

แม่เหลก็ไฟฟ้าเช่นเดียวกบัคลื่นไมโครเวฟ คลื่นวทิยรุังสียวู ีรังสีเอกซ์เรยแ์ละรังสี

แกมมา คลื่นแม่เหลก็ไฟฟ้าแต่ละชนิดแตกต่างกนัที่ความยาวคลื่น และเรียกแถบ

ความยาวคลื่นทั้งหมดของคลื่นแม่เหลก็ไฟฟ้าวา่ แถบสเปคตรัม โดยที่แสงเป็นคลื่น

แม่เหลก็ไฟฟ้าที่อยูใ่นช่วงของสเปคตรัมที่สามารถมองเห็นไดซ้ึ่งมีความยาวคลื่น

ระหวา่งประมาณ 400 - 750 นาโนเมตร

สเปคตรัมของคลื่นแม่เหลก็ไฟฟ้า

สเปคตรัมของแสง

สีแดง: λ = 700 nm, f = 4.3x1014 Hz

สีนํ้ าเงิน: λ = 475 nm, f = 6.3x1014 Hz

ค่าของ λ และ f ของแสงสีต่างๆ ในตวักลางใดๆ สามารถหาไดจ้ากความสมัพนัธ์

v = fλเมื่อ v คือความเร็วของแสงในตวักลางนั้นๆ

สาํหรับในอากาศ แสงทุกชนิดจะมีความเร็วเท่ากบั c = 3 x108 m/s ซึ่งเป็นความเร็วสูงสุดของแสง

โดยในตวักลางอื่น แสงแต่ละสีจะมีความเร็วไม่เท่ากนั และมีค่านอ้ยกวา่ c

คุณสมบตัิ คลื่น ของแสง

คุณสมบตัิที่สาํคญัของคลื่นคือ ความยาวคลื่น(λ) แอมปลิจูด และเฟส

ซึ่งทาํใหค้ลื่นสามารถแสดงคุณสมบตัิที่สาํคญัคือการหกัเห การ

สะทอ้น การแทรกสอดและการเลี้ยวเบน

แสงแสดงคุณสมบตัิของอนุภาค

ปรากฏการณ์โฟโตอิเลคตริก

เมื่อฉายแสงไปตกกระทบที่ผวิของโลหะแลว้ทาํใหอ้ิเลคตรอนหลุด

ออกมา โดยที่พลงังานจลน์ของอิเลคตรอนที่หลุดออกมาจะไม่ขึ้นอยู่

กบัความเขม้(แอมปลิจูด)ของแสง แต่จะขึ้นอยูก่บัความถี่ เรียก

ปรากฏการณ์ดงักล่าววา่ “ปรากฏการณ์โฟโต้อิเลคตริค”

คุณสมบตัิ อนุภาค ของแสง

ไอน์สไตน์เป็นบุคคลแรกที่สามารถอธิบาย

ปรากฏการณ์โฟโตอ้ิเลคตริกได ้โดยจะตอ้ง

พิจารณาวา่แสงมีลกัษณะเป็นกอ้นๆเรียกวา่

โฟตรอนวิง่มาชนผวิของโลหะ แลว้ถ่ายทอด

โมเมนตมัใหก้บัอิเลคตรอน ซึ่งพลงังานของ

แสงที่วิง่มาชนจะขึ้นอยูก่บัความถี่ของแสง

นัน่คือแสงสีม่วงมีพลงังานมากกวา่แสงสีแดง

ออฟติกส์ (Optics)ออฟติกส์เป็นวชิาที่ศึกษาเกี่ยวกบัพฤติกรรมของแสงและการประยกุต์

ใชง้าน สามารถแบ่งออกเป็น

1. แสงเชิงคลื่น

1.1 เมือ่ λ << ขนาดของสิ่งกดีขวาง หรือแสงเชิงเส้น

- การสะทอ้น (Reflection)

- การหกัเห (Reflaction)

- ใยแกว้นาํแสง(fiber optics)

- เลนส์, การเกิดภาพ

1.2 เมือ่ λ ~ ขนาดของสิ่งกดีขวาง

- การแทรกสอด, การเลี้ยวเบน

1.3 คุณสมบัตแิม่เหลก็ไฟฟ้าของแสง

- ปรากฏการณ์โพลาไรเซชนั

2. แสงเชิงอนุภาคหรือควนัตมั (Quantum Optics)

แสงเชิงคลืน่

เมือ่ λ << ขนาดของสิ่งกดีขวาง หรือแสงเชิงเส้น - การสะทอ้น (Reflection)

- การหกัเห (Reflaction)

- ใยแกว้นาํแสง(fiber optics)

- เลนส์, การเกิดภาพ

แสงเชิงเสน้

ในการศึกษาแสงเชิงเรขาคณิตนั้น ความยาวคลื่นของแสงจะตอ้งมี

ขนาดเลก็กวา่วตัถุหรือสิ่งกีดขวางมาก (ความยาวคลื่นของแสงประมาณ

0.4 - 0.7 ไมโครเมตร) ดงันั้นจึงสามารถประมาณไดว้า่แสงจะเคลื่อนที่

เป็นเสน้ตรงมีลกัษณะเป็นรังสีแสง(light ray)ดงัรูป

Note: เส้นผมมีขนาดประมาณ 120 μm

การสะทอ้นของแสง (Reflection)

การสะทอ้นของแสงจะเกิดขึ้นเมื่อแสงผา่นจากตวักลางหนึ่งไปตกกระทบ

ที่ผวิระนาบของอีกตวักลางหนึ่ง เช่น อากาศ-แกว้, อากาศ-กระจกเงา

หรือ อากาศ-โลหะ

อากาศ

โลหะ

เสน้ปกติ

รังสีตกกระทบ รังสีสะทอ้น

θ1 : มุมตกกระทบ

θ2 : มุมตกสะท้อน

กฎของการสะท้อน

มุมตกกระทบจะอยู่ในระนาบ

เดยีวกบัมุมสะท้อน และ เท่ากนั

เสมอ หรือ

θ1 = θ2

การหกัเห (Refraction)

การหกัเสของแสงจะเกิดขึ้นเมื่อแสงผา่นจากตวักลางหนึ่งไปยงัอีก

ตวักลางหนึ่ง ซึ่งทาํใหแ้สงเปลี่ยนความเร็ว และเป็นผลใหร้ังสีของแสง

เปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ เช่น เมื่อแสงเคลื่อนที่จากอากาศไปยงัแกว้

หรือจากอากาศไปยงันํ้า เป็นตน้

กฎของสเนล (Snell’s law)

1 1 2 2sin sinn nθ θ=เมื่อ cn

v= คือดชันีหกัเหของแสง

c คือความเร็วของแสงในอากาศ

v คือความเร็วของแสงในตวักลาง

อากาศ

ตวักลาง

Willebrod Snell นกัฟิสิกส์ชาวดชัซ์คน้พบกฏการหกัเหจากการทดลอง

เมื่อปี 1621 โดยกล่าววา่

มุมวกิฤติ (Critical Angle)

θc

n2

n1

1 1 2 2sin sinn nθ θ=

ในกรณีที่แสงเดินทางจากตวักลางที่หนาแน่นมากกวา่ไปยงั

ตวักลางที่หนาแน่นนอ้ยกวา่(n1 > n2) มุม θ2 จะมากกวา่มุม θ1

เสมอ จากกฏของสเนลลจ์ะไดว้า่

เมื่อ θ2 = 90 องศา จะเรียก θ1 วา่มุมวกิฤติ θc

โดยที่ 2

1

sin cnn

θ =

ดงันั้นจะเห็นวา่ ถา้หาก θ1 > θc จะเกิดการ

สะทอ้นกลบัหมดของแสง

ใยแกว้นาํแสง(Fiber optics)

คือสายเคเบิลที่ประกอบดว้ยใยแกว้เลก็ๆ

ที่สามารถนาํแสงไดแ้ทนที่จะเป็นกระแส

ไฟฟ้า ใยแกว้นาํแสงมีขนาดเลก็และเบากวา่,

ไม่มีปัญหาเกี่ยวกบัสญัญาณไฟฟ้ารบกวน

และสามารถนาํขอ้มูลไดเ้ร็วกวา่สายเคเบิล

ชนิดอื่นๆ ปัจจุบนัมีการใชใ้ยแกว้นาํแสงใน

คอมพิวเตอร์ความเร็วสูง ระบบอินเตอร์เน็ต

แบบหลายช่องสญัญาณ เป็นตน้

ใยแกว้นาํแสง(Fiber optics)

มุมวกิฤตเส้นตั้งฉากใยแก้ว

เปลอืกหุ้ม

การสะทอ้นกลบัหมดภายในใยแกว้นาํแสง

การเดินทางของแสงภายในใยแกว้นาํแสง

ใชใ้ยแกว้นาํแสงทาํอะไร?

ใยแกว้นาํแสงถูกพฒันาขึ้นมาเพื่อใชใ้นในการส่ง

สญัญานไดร้วดเร็วขึ้น และส่งไดร้ะยะไกลขึ้น

????? ใยแก้วนําแสง

ทาํไมตอ้งใชใ้ยแกว้นาํแสง??

สายโทรศพัท์

หรือสายไฟ

ใยแกว้นาํแสง

ลวดทองแดง ใยแกว้

ขอ้ดีของใยแกว้นาํแสง

+ ไมถ่กูรบกวนด้วยคลื่นแมเ่หลก็ไฟฟ้า

+ ปลอยภยั

+ มีขนาดเลก็

+ ไมไ่วตอ่สารเคมี

+ ใช้ตรวจวดัที่ระยะไกลได้ ไมม่ีปัญหาไฟฟ้า

ลดัวงจรเหมือนสายไฟฟ้าโลหะ

การใชใ้ยแกว้นาํแสงในการส่งสญัญาณเป็นจาํนวนมาก

ดว้ยความเร็วสูง

การบา้น

1. จงใชห้ลกัการหกัเหของแสงอธิบายวา่ ทาํไมเราจึงมองเห็นปลาที่วา่ยอยูใ่นแม่นํ้าอยู่

ที่ตาํแหน่งที่ตื้นกวา่ตาํแหน่งจริงของมนั ใหเ้ขียนรูปเสน้แสงประกอบดว้ย

2. จงใชห้ลกัการหกัเหและหลกัการสะทอ้นของแสงอธิบายการเกิดรุ้งกินนํ้า วา่ทาํไม

จึงเห็นแสงรุ้งเป็นเจด็สี

แสง การมองเห็น และทศันอุปกรณ์

ภาพในธรรมชาติ

ภาพที่เกิดจากการสะทอ้นของแสง

วตัถุ

ภาพ

ภาพที่เกิดจากการหกัเห

การมองเห็นภาพ

องคป์ระกอบของการมองเห็นภาพ

1. วตัถุ

2. แสง

3. ตาซึ่งทาํหนา้ที่เป็นฉากรับภาพ

ลกัษณะของการมองเห็นภาพ

1. การมองเห็นภาพจากวตัถุโดยตรง

2. การมองเห็นภาพผา่นการสะทอ้น

เนื่องจาก

- กระจกเงาราบ

- กระจกเงาเวา้

- กระจกเงาโคง้

ลกัษณะของการมองเห็นภาพ

1. การมองเห็นภาพผา่นการหกัเห เนื่องจาก

- เลนส์

การมองเห็นภาพผา่นการสะทอ้น

กระจกเงาราบ

การมองเห็นภาพผา่นการสะทอ้น

กระจกเงาเวา้

กระจกเงาโคง้

การมองเห็นภาพผา่นการสะทอ้น

กระจกเงาเวา้

การมองเห็นภาพผา่นการสะทอ้น

กระจกเงาเวา้ เมื่อระยะวตัถุ p มากกวา่ความยาวโฟกสั f

การมองเห็นภาพผา่นการสะทอ้น

กระจกเงาเวา้ เมื่อระยะวตัถุ p นอ้ยกวา่ความยาวโฟกสั f

การมองเห็นภาพผา่นการสะทอ้น

กระจกเงานูน

การมองเห็นภาพผา่นการหกัเหของเลนส์บาง

เลนส์นูน

เลนส์เวา้

การขยายภาพโดยใชเ้ลนส์ประกอบในกลอ้งจุลทรรศน์

การขยายภาพโดยใชเ้ลนส์ประกอบในกลอ้งจุลทรรศน์

แสงเชิงคลื่นเมือ่ λ ~ ขนาดของสิ่งกดีขวาง

- การแทรกสอด, การเลี้ยวเบน

การแทรกสอด(Interference)และการเลี้ยวเบน(diffraction)ของแสง

การแทรกสอดและการเลี้ยวเบนเป็นปรากฏการณ์อนัเนื่อง

มาจากคุณสมบตัิความเป็นคลื่นของแสง ซึ่งจะเกี่ยวขอ้งกบั

ความถี่ ความยาวคลื่น และเฟส

หนา้คลื่นและรังสีของแสงหนา้คลื่น

รังสีของแสง

ทศิทางการเคลือ่นที่

λหน้าคลืน่ คือเสน้ที่เชื่อมตาํแหน่ง

บนคลื่นที่มีเฟสเดียวกนั

รังสีของแสง คือเสน้ลูกศรที่บอกทิศทาง

การเคลื่อนที่ของคลื่นλ

หนา้คลื่นทรงกลมและหนา้คลื่นระนาบ

หนา้คลื่นทรงกลม

หนา้คลื่นระนาบ

แหล่งกาํเนิดแสง

แหล่งกาํเนิดแสง

อยู่ไกลมาก

หลกัของฮอยเกนส์ (Huygen’s principle)

หลกัของฮอยเกนส์ เป็นวธิีทางเรขา

คณิตที่จะหารูปร่างของหนา้คลื่นใหม่

หลกัของฮอยเกนส์กล่าววา่ ทุกๆจดุบน

หน้าคลืน่จะทาํหน้าทีเ่สมือนกบัเป็นแหล่ง

กาํเนิดคลืน่ซึ่งแผ่ออกไปทุกทศิทางด้วย

ความเร็วเท่าเดมิ(เมื่ออยูใ่นตวักลางเดิม)

ตาํแหน่งของหนา้คลื่นใหม่ภายหลงัเวลา

t จะเป็นผวิสมัผสักบัลูกคลื่นใหม่นี้

ทศิทาง

การเคลือ่นที่

หน้าคลืน่เก่า

t = 0

หน้าคลืน่ใหม่

t = t

หลกัการรวมของคลื่น

คลื่นที่มีเฟสต่างกนัศูนย์

หลกัการรวมของคลื่น

คลื่นที่มีเฟสต่างกนัศูนย์

การแทกสอด(Interference)

รูปแบบของการแทรกสอด

s1

s2

เงื่อนไขของการเกิดแทรกสอด

1. ต้องเป็นแสงที่มาจากแหลง่กําเนิดแสงอาพนัธ์( coherent)

คือ คลืน่แสงต้องมีเฟส(phase)สมัพนัธ์กนัด้วยคา่คงที่

2. ต้องเป็นแสงที่มีความยาวคลืน่เดียว

หรือเป็นแสงเอกรงค์ (monochromatic)

โดยในการแทรกสอดนั้น คลื่นจะรวมกนัโดย

หลกัการรวมกันของคลืน(Superposition)

แสงที่จะเกิดการแทรกสอดแลว้เห็นเป็นแถบมืดและแถบสวา่ง

จะตอ้งมีคุณสมบตัิต่อไปนี้ คือ

การบ้าน

1. จงเขียนลกัษณะของคลื่นแสงที่เป็นแสงอาพนัธ์(Coherent)

และมีความยาวคลื่นเดียว

การแทรกสอดเนี่องจากสลทิคู่ (Double Slits Interference)

แถบมืดและแถบสวา่งของการแทรกสอดเนื่องจากสลิตคู่

สาํหรับแถบสวา่ง

สาํหรับแถบมืด,

sin md θ λ=1sin (m+ )2

d θ λ= 0, 1, 2,...m = ± ±

การเกิดแถบสวา่ง

P

ที่ตาํแหน่ง P เป็นแถบสวา่ง เพราะคลื่นที่มาจาก S1 และ S2

มีผลต่างของระยะทาง(r2 - r1)เท่ากบัจํานวนเท่า

ของความยาวคลืน่(λ)หรือมีเฟสต่างกนัศูนย์

r2

r1

การเกิดแถบมืด

D

ที่ตาํแหน่ง D เป็นแถบมืด เพราะคลื่น

ที่มาจาก S1 และ S2 มีผลต่างของระยะทาง (r2 - r1)

เท่ากบัจํานวนเท่าของครึ่งหนึ่งของความยาวคลืน่หรือมีเฟสต่างกนัπ

r2

r1

การหาตาํแหน่งของแถบมืดและแถบสวา่ง

ตาํแหน่งของแถบมืดและแถบสวา่ง สามารถหาไดจ้ากผลต่างของระยะ

ทาง(Path difference)ที่แสงจากแหล่งกาํเนิด s1 และ s2 เคลื่อนที่

ไปถึงฉากที่จุด P โดยที่

Path difference = r2 - r1

การหาตาํแหน่งของแถบมืดและแถบสวา่ง

และจะเกิดเป็นแถบสวา่งเมื่อ

2 1r r mλ− = จะเกิดเป็นแถบมืดเมื่อ

2 11( )2

r r m λ− = +

โดยที่ 0, 1, 2,...m = ± ±

เมื่อ d << L เราสามารถประมาณไดว้า่ลาํแสงที่มาจาก S1 และ S2

เป็นลาํแสงขนาน และ

การหาค่า r2 - r1

2 1 sinr r d θ− =

θ2 1

2 1

-sin

sin

r rd

r r d

θ

θ

=

− =

นัน่คือเงื่อนไขสาํหรับการเกิดแถบมืดและแถบสวา่งคือ

2 1 sinr r d mθ λ− = =แถบสวา่ง:

2 11sin ( )2

r r d mθ λ− = = +แถบมืด:

เมื่อ 0, 1, 2,...m = ± ±

ตาํแหน่งของแถบสวา่งจากเสน้แกนกลาง

แถบสวา่งsind mθ λ=

เมื่อมุม θ มีค่าน้อยๆ เราสามารถ

ประมาณได้ว่า

sin tanθ θ≈ดงันั้น

sin tan yd d d mL

θ θ λ≈ = =

Lmyd

λ=สวา่ง

ตาํแหน่งของแถบมืดจากเสน้แกนกลาง

แถบมืด1sin ( )2

d mθ λ= +เมื่อ θ มีค่าน้อยๆ เราสามารถ

ประมาณได้ว่า

sin tanθ θ≈ดงันั้น

1( )2

L my

d

λ +=

มืด

1sin tan ( )2

yd d d mL

θ θ λ≈ = = +

การเลี้ยวเบน (Difraction)

การเลี้ยวเบน

การเลี้ยวเบน

การเลีย้วเบน คอืปรากฏการณ์ทีค่ลืน่แสงเปลีย่น

เส้นทางการเคลือ่นที ่เมื่อเคลือ่นทีม่ากระทบสิ่งกดี

ขวาง สิ่งกดีขวางอาจะป็นฉากซึ่งมีช่องทีม่ีขนาดเลก็ที่

มีขนาดน้อยกว่าหรือประมาณเท่ากบัความยาวคลืน่

หรือเป็นวัตถุขนาดเลก็เช่น ลวด เส้นผมซึ่งกัน้คลืน่

แสงบางส่วนไม่ให้ผ่านไป

การเลี้ยวเบน

λ >> d λ << d

การเลี้ยวเบนของแสงผา่นช่องแคบเดี่ยว

การเลีย้งเบนของแสงผ่านช่องแคบเดีย่ว

แบ่งออกเป็น 2 ชนิดคอื

1. การเลี้ยวเบนแบบฟรอนโฮเฟอร์

2. การเลี้ยวเบนแบบเฟรสเนล

การเลี้ยวเบนแบบฟรอนโฮเฟอร์ (Fraunhofer Diffraction)

การเลี้ยวเบนแบบฟรอนโฮเฟอร์คือการเลี้ยวเบนที่เกิดขึ้นเมื่อรังสีของ

แสงที่มาตกกระทบที่ช่องเป็นรังสีขนาน และรังสีที่เลี้ยวเบนไปตก

กระทบที่ฉากกเ็ป็นรังสีขนานเช่นกนั

รังสีขนาน ฉากอยู่ไกลมาก

การเลี้ยวเบนแบบฟรอนโฮเฟอร์ (Fraunhofer Diffraction)

ในหอ้งทดลองจะสามารถสงัเกตุการเลี้ยวเบนแบบฟรอนโฮเฟอร์ได้

โดยใชเ้ลนส์นูนดงัรูป เลนส์ A ทาํใหแ้สงที่ไดจ้ากแหล่งกาํเนิดแสงซึ่ง

วางอยูท่ี่ตาํแหน่งโฟกสัของเลนส์ Aเป็นแสงขนาน เมื่อแสงเลี้ยวเบน

ผา่นช่องแคบ แสงที่ไดเ้ป็นแสงขนาน เลนส์นูน B จะรวมแสงที่ฉาก

เลนส์ A

เลนส์ B

การเลี้ยวเบนแบบฟรอนโฮเฟอร์ (Fraunhofer Diffraction)

ลวดลายของการเลี้ยวเบนแบบฟรอนโฮเฟอร์เมื่อมีการแทรกสอด

สาํหรับที่จุดกึ่งกลางของฉาก รังสีทุกเสน้จากช่องแคบจะมี

เสน้ทางเดินของแสงเท่ากนั ดงันั้นที่จุดกึ่งกลางจึงสวา่งมากที่สุด

แถบมืดเนื่องจากการเลี้ยวเบนแบบฟรอนโฮเฟอร์

ขั้นตอนการหาตาํแหน่งของแถบมืด

1. แบ่งความกวา้ง a ออกเป็นสองส่วน

แต่ละส่วนยาว a/2

2. แต่ละจุดบนช่องจะทาํหนา้ที่เป็นแหล่ง

กาํเนิดคลื่นใหม่sin

2a θ

ดงันั้นแสงจากจดุสองจดุใดๆทีอ่ยู่ห่างกนั a/2

จะหักล้างกนัเมื่อ

sin2 2a λθ =

sinaλθ =

หรือ

แถบมืดเนื่องจากการเลี้ยวเบนแบบฟรอนโฮเฟอร์

ถา้แบ่งช่องเลก็ออกเป็น 4 ส่วนกจ็ะได ้2sinaλθ =

ถา้แบ่งช่องเลก็ออกเป็น 6 ส่วนกจ็ะได้ 3sinaλθ =

ซึ่งจะไดเ้งื่อนไขของการเกิดแถบมืดคือ

sin , when m= 1, 2, 3...maλθ = ± ± ±

ในการเลี้ยวเบนแบบฟรอนโฮเฟอร์ผา่นช่องเดี่ยวที่มีขนาดเท่ากบั a

ของแสงที่มีความยาวคลื่น λ ดงัรูป

ถา้หาก a = 0.2 mm, λ = 700 nm และ L = 5 m จงคาํนวณหาความกวา้งของ

แถบสวา่งที่อยูต่รงกลางซึ่งปรากฏบนฉากเนื่องจากการเลี้ยวเบน

แบบฝึกหดั

1. ถ้าหากวา่แสงเคลื่อนที่จากอากาศไปยงันํา และรังสีของแสงตกกระทบทํามมุ

45 องศา โดยที่อากาศมีดชันีหกัเหเทา่กบั 1 และนํามีดชันีหกัเหเทา่กบั 1.33

ก. จงเขียนรังสีของแสงในนํา

ข. ถ้าเปลี่ยนเป็นให้แสงเคลื่อนที่จากนําไปยงัอากาศ ดงัรูป

จงหามมุวิกฤติ θc ที่ทําให้แสงเกิดการสะท้อนกลบัหมด

θc

n2 = 1

n1 = 1.33

air

water

2. ดชันีหกัเหของแก้วชนิดหนึง่มีคา่ 1.51 สําหรับแสงสีแดง และ 1.53

สําหรับแสงสีมว่ง เมื่อแสงสีขาวตกกระทบแก้วทํามมุตกกระทบ 60 องศา

ดงัรูปมมุหกัเหของแสงสีแดงและแสงสีมว่งตา่งกนักี่องศา

2. มีแหลง่กําเนิดแสง B และสิ่งกีดขวางซึ่งมีสลิต S1 และสลิต S2 ดงัรูป สิง่กีดขวาง ฉาก

ถ้าหากแสงมีความยาวคลื่น λ = 600 nm, L = 1.5 m และ d = 1 mm

ก. ขณะที่แสงจาก S1 และ S2 ตกกระทบบนฉากที่ตําแหน่งเดียวกนัดงัรูป r2- r1จะต้องมีคา่อยา่ง

น้อยที่สดุเทา่ไหร่ จงึจะทําให้แสงจากสลิตทงัสองมีเฟสตา่งกนั 180 องศา เมื่อ r1และr2คือ

ระยะทางที่แสงเดนิทางจากs1และs2ไปตกกระทบบนฉาก ตามลําดบั

ข. จงหาวา่ที่บนฉาก แถบสวา่งที่ 5 และแถบสวา่งที่ 6 อยูห่า่งกนัเทา่ไหร่

3. มีแหลง่กําเนิดแสง A และสิง่กีดขวางซึง่มีช่องสลติ S1 และ S2 วางอยูด่งั

รูป

ถ้า L = 1.5 m, d = 0.05 mm และตําแหน่งของแถบสวา่งแถบแรกอยูห่า่งจากเส้น

แกนกลาง 1.8 cm จงหาความยาวคลื่นของแสง

การบา้น

1. ในการทดลองการแทรกสอดของยงั ช่องแคบคูอ่ยูห่า่งกนั 2 mm และใช้

คลื่นแสงที่มีความยาวคลื่น 750 nm และ 900 nm ถ้าฉากอยูห่า่งจาก

ช่องแคบคู ่2 m จงหาระยะหา่งที่สนัที่สดุที่วดัจากแถบกลางที่คลื่นทงั

สองซ้อนทบักนัพอดี

2. แสงเลเซอร์ความยาวคลื่น 630 nmผา่นช่องแคบคู ่พบวา่เกิดแถบสวา่ง

สองแถบซึง่อยูต่ิดกนั หา่งกนั 8 mm เมื่อนําแสงความยาวคลื่น λ มาฉายแทนแสงเลเซอร์ พบวา่แถบสวา่งสองแถบซึง่อยูต่ิดกนัหา่งกนั 7.5

mm จงหาคา่ λ3. ช่องแคบเดี่ยวและฉากอยูห่า่งกนั 50 cm แสงความยาวคลื่น 680 nm

ผา่นช่องแคบนีแล้วทําให้เกิดการเลียวเบนบนฉาก โดยที่ระยะหา่ง

ระหวา่งคา่ตํ่าสดุที่ 1 และที่ 3 อยูห่า่งกนั 3 mm จงหาขนาดของช่อง

แคบ

เกรทติ้งเลี้ยวเบน(Diffraction grating)

และการศึกษาสเปคตรัมของแสง

เกรตติงเลี้ยวเบน (Diffraction grating)

เกรตติ้งเลี้ยวเบนเป็นวสัดุที่ทาํดว้ยแกว้หรือพลาสติกที่มีช่องแคบขนาด

เท่ากนัขนานกนัจาํนวนมาก และ มกัจะระบุขนาดของเกรตติ้งดว้ย

จาํนวนเสน้ต่อซม. สามารถทาํเกรตติ้งเลี้ยวเบนไดโ้ดยขีดเสน้ขนาน

จาํนวนมากลงบนแผน่วสัดุใส เสน้ที่ขีดจะเป็นส่วนทึบอยูร่ะหวา่งช่อง

แคบทั้งสองขา้ง เกรตติ้งเลี้ยวเบนอาจจะเป็นแบบสะทอ้นแสงกไ็ด ้ซึ่งทาํ

โดยขีดเสน้ขนานจาํนวนมากลงบนผวิโลหะสะทอ้นแสง ส่วนที่ไม่ถูก

ขีดจะทาํหนา้ที่สะทอ้นแสง

ตวัอยา่งของเกรตติ้งเลี้ยวเบนในชีวติประจาํวนั

1. แผน่ CD

2. ปีกแมงทบั

3. ผวินํ้า

การประยกุตใ์ชง้านที่สาํคญัของเกรตติ้งเลี้ยวเบนคือการใชเ้กรตติ้ง

เลี้ยวเบนเพื่อการศึกษาสเปคตรัมและการวดัความยาวคลืน่ของแสง

เกรตติงเลี้ยวเบน (Diffraction grating)

แสง

เกรทติ้งเลี้ยวเบน

เนื่องจากเกรทติ้งเลี้ยวเบน

มีจาํนวนช่องเป็นจาํนวนมาก

ดังนั้น

เกรตติงเลี้ยวเบน (Diffraction grating)

แสง

เกรทติ้งเลี้ยวเบน

เนื่องจากเกรทติ้งเลี้ยวเบน

มีจาํนวนช่องเป็นจาํนวนมาก

ดังนั้นแถบสว่างทีเ่กดิจากการ

เลีย้วเบนจะมีความคมชัด ซึ่ง

ทาํให้สามารถเห็นแถบสว่าง

ได้อย่างชัดเจน

สามารถคาํนวณตาํแหน่ง

ของแถบสวา่งไดเ้ช่นเดียว

กบักรณีของการแทรกสอด

ผา่นสลิตคู่

ดงันั้นsind mθ λ=

Lmyd

λ=

สวา่ง

จะเห็นวา่ตาํแหน่งของแถบสวา่งจะขึ้นอยูก่บัความยาวคลื่น

หลกัการทาํงานของเกรตติ้งเลี้ยวเบน

การใชเ้กรตติ้งเลี้ยวศึกษาแยกสเปคตรัมของแสง

จะเห็นวา่แสงสีแดงซึ่งมีความยาวคลื่นมากกวา่แสงสีนํ้าเงิน

จะมีมุมของการเลี้ยวเบนมากกวา่สาํหรับค่า m ที่เท่ากนั

เนื่องจากเกรทติ้งเลี้ยวเบนสามารถแยกความยาวคลื่นของแสง

สีต่างๆไดอ้ยา่งชดัเจน จึงมีการนาํเกรทติ้งเลี้ยวเบนไปใชใ้นการ

ศึกษาสเปคตรัมของแสง

เครื่องสเปคโตรมิเตอร์สาํหรับวเิคราะห์สเปคตรัมของแสง

ตวัอยา่ง

1. แสงเลเซอร์ความยาวคลื่น 650 นาโนเมตร ตกกระทบบนแผน่เกรทติ้งขนาด

500 เสน้ต่อเซนติเมตร จงคาํนวณหาวา่แถบสวา่งที่1 และแถบสวา่งที่2เบนไปเป็นมุมเท่าไหร่

แสงเชิงคลื่นคุณสมบัตแิม่เหลก็ไฟฟ้าของแสง

- ปรากฏการณ์โพลาไรเซชนั

คลื่นแม่เหลก็ไฟฟ้า

องค์ประกอบของคลื่นแสง

มีทงัแนวของคลื่นแม่เหล็ก

และคลื่นไฟฟ้าที่ตังฉากซึ่ง

กันและกันอยู่c

เนื่องจากแสงเป็นคลืน่แม่เหลก็ไฟฟ้า ดงันั้นแสงจงึประกอบด้วย

สนามแม่เหลก็และสนามไฟฟ้าด้วย

สนามไฟฟ้าของแสงปกติที่ไม่โพลาไรส์

กบัสนามไฟฟ้าแสงที่โพลาไรส์แลว้

แสงไม่โพลาไรซ์ แสงโพลาไรซ์เชิงเสน้

สนามไฟฟ้าของแสงปกติที่ไม่โพลาไรส์

กบัสนามไฟฟ้าแสงที่โพลาไรส์แลว้

สนามไฟฟ้าของแสงปกติที่ไม่โพลาไรส์

กบัสนามไฟฟ้าแสงที่โพลาไรส์แลว้

EE

E

E

การสร้างคลื่นแสงที่โพลาไรส์

คลื่นแสงที่ไม่โพลาไรส์สามารถทาํให้โพลาไรส์ได้ โดย

1.การเลือกดูดกลืนคลื่น ( selective absorption)

2.การสะท้อน ( reflection)

3.การหกัเหซ้อน ( double refraction)

4.การกระเจงิ ( scattering)

การทําให้แสงโพลาไรส์โดยการเลอืกดดูกลนืคลืน่

โดยใช้แผน่โพลาไรเซอร์

แผน่โพลาไรเซอร์

แสงโพลาไรซ์

แสงไม่โพลาไรซ์

แสงโพลาไรส์และกฏของมาลสั

2 2 20 0

2max

( cos ) cos

cos

I E E

I

θ θ

θ

= =

=

Imax

I

E0

E0cosθθE0sinθ

จะเห็นวา่องคป์ระกอบของสนามไฟฟ้าของ E0ซึ่งเป็นแสงโพลาไรส์ที่สามารถผา่นแผน่

Analyzerไปไดค้ือ E0cosθ ส่วน E0sinθ จะถกูดูดกลืนที่แผน่ Analyser ดงันั้นความเขม้ I

ที่ตามองเห็นคือ

เมื่อ Imax = คือความเขม้ของแสงที่ตกกระทบแผน่ analyzer20E

1 Polarizer2

แสงจากแหลง่กําเนิดแสงทัว่ไป เช่นแสงจากหลอดไฟ หรือแสงจาก

ดวงอาทิตย์ เป็นแสงที่ไมโ่พลาไรส์

ก. จงอธิบายความแตกตา่งระหวา่งแสงที่โพลาไรส์กบัแสงที่ไมโ่พลาไรส์

ข. ถ้านกัศกึษาใช้แผน่โพลาไรเซอร์หนึง่แผน่มองแสงที่ไมโ่พลาไรส์

แล้วหมนุแผน่โพลาไรเซอร์ไปเรื่อยๆ ความเข้มของแสงที่มองเห็น

เปลี่ยนแปลงหรือไม(่ดรููปประกอบ)แผน่โพลาไรเซอร์

ค. ถ้านกัศกึษาเพิ่มแผน่โพลาไรเซอร์เป็นสองแผ่น แล้วมองแสงจาก

แหลง่กําเนิดเดิม โดยกําหนดให้แผน่ที่หนึง่อยูน่ิ่งกบัที่แล้วหมนุแผน่ที่สอง

ไปเรื่อยๆ ความเข้มของแสงที่มองเห็น ตา่งจากข้อ ข. อยา่งไร อธิบาย

เหตผุลประกอบ(ดรููป)