หนาปก

ก

ค าน า

สารบญ หนา ค าน า ก บทท 1 11111111111111111 1 1.1 กกกกกกกก 1.2 ขขขขขขขข 1.3 คคคคคคคค 1.3.1 ดดดดดดดดด 1.3.2 ฟฟฟฟฟฟฟฟ 1.4 นนนนนนนน บทท 2 22222222222222222 2.1 9999999999

2.2 4444444444

บทท 3 33333333333333333 3.1 ดดดดดดดดด

3.2 หหหหหหหหห

1

บทท 1 คลนแมเหลกไฟฟา

คลนแมเหลกไฟฟา เกดจากการรบกวนทางแมเหลกไฟฟา (Electromagnetic disturbance) โดยการท าใหสนามไฟฟาหรอสนามแมเหลกมการเปลยนแปลง เมอสนามไฟฟามการเปลยนแปลงจะเหนยวน าใหเกดสนามแมเหลก หรอถาสนามแมเหลกมการเปลยนแปลงกจะเหนยวน าใหเกดสนามไฟฟา คลนแมเหลกไฟฟาเปนคลนตามขวาง ประกอบดวยสนามไฟฟาและสนามแมเหลกทมการสนในแนวตงฉากกน และอยบนระนาบตงฉากกบทศการเคลอนทของคลน คลนแมเหลกไฟฟาเปนคลนทเคลอนทโดยไมอาศยตวกลาง จงสามารถเคลอนทในสญญากาศได สเปกตรม (Spectrum) ของคลนแมเหลกไฟฟาจะประกอบดวยคลนแมเหลกไฟฟาทมความถและความยาวคลนแตกตางกน ซงครอบคลมตงแต คลนแสงทตามองเหน อลตราไวโอเลต อนฟราเรด คลนวทย โทรทศน ไมโครเวฟ รงสเอกซ รงสแกมมา เปนตน ดงนนคลนแมเหลกไฟฟา จงมประโยชนมากในการสอสารและโทรคมนาคม และทางการแพทย สมบตของคลนแมเหลกไฟฟา

1. ไมตองใชตวกลางในการเคลอนท 2. อตราเรวของคลนแมเหลกไฟฟาทกชนดในสญญากาศเทากบ 3x108m/s ซงเทากบ

อตราเรวของแสง 3. เปนคลนตามขวาง 4. ถายเทพลงงานจากทหนงไปอกทหนง 5. ถกปลอยออกมาและถกดดกลนไดโดยสสาร 6. ไมมประจไฟฟา 7. คลนสามารถแทรกสอด สะทอน หกเห และเลยวเบนได 1. คลนวทย คลนวทยมความถชวง 104 - 109 Hz( เฮรตซ ) ใชในการสอสาร คลนวทยม

การสงสญญาณ แบงออกไดทงสน 2 ระบบ คอ 1.1 ระบบเอเอม (A.M. = amplitude modulation) ระบบเอเอม มชวงความถ 530 - 1600 kHz ( กโลเฮรตซ ) สอสารโดยใชคลนเสยงผสมเขาไปกบคลนวทยเรยกวา "คลนพาหะ" โดยแอมพลจดของคลนพาหะจะเปลยนแปลงตามสญญาณคลนเสยง ในการสงคลนระบบ A.M. สามารถสงคลนไดทงคลนดนเปนคลนทเคลอนทในแนวเสนตรงขนานกบผวโลกและคลนฟาโดยคลนจะไปสะทอนทชนบรรยากาศไอโอโนสเฟยร แลวสะทอนกลบลงมา จงไมตองใชสายอากาศตงสงรบ 1.2 ระบบเอฟเอม (F.M. = frequency modulation) ระบบเอฟเอม มชวงความถ 88 - 108 MHz (เมกะเฮรตซ) สอสารโดยใชคลนเสยงผสมเขากบคลนพาหะ โดยความถของคลนพาหะจะเปลยนแปลงตามสญญาณคลนเสยง ในการสงคลนระบบ F.M. สงคลนไดเฉพาะคลนดนอยางเดยว ถาตองการสงใหคลมพนทตองมสถานถายทอดและเครองรบตองตงเสาอากาศสง ๆ รบ

2

2. คลนโทรทศนและไมโครเวฟ คลนโทรทศนและไมโครเวฟมความถชวง 108 - 1012 Hz มประโยชนในการสอสาร แตจะไมสะทอนทชนบรรยากาศไอโอโนสเฟยร แตจะทะลผานชนบรรยากาศไปนอกโลก ในการถายทอดสญญาณโทรทศนจะตองมสถานถายทอดเปนระยะ ๆ เพราะสญญาณเดนทางเปนเสนตรง และผวโลกมความโคง ดงนนสญญาณจงไปไดไกลสดเพยงประมาณ 80 กโลเมตรบนผวโลก อาจใชไมโครเวฟน าสญญาณจากสถานสงไปยงดาวเทยม แลวใหดาวเทยมน าสญญาณสงตอไปยงสถานรบทอยไกล ๆ เนองจากไมโครเวฟจะสะทอนกบผวโลหะไดด จงน าไปใชประโยชนในการตรวจหาต าแหนงของอากาศยาน เรยกอปกรณดงกลาววา เรดาร โดยสงสญญาณไมโครเวฟออกไปกระทบอากาศยาน และรบคลนทสะทอนกลบจากอากาศยาน ท าใหทราบระยะหางระหวางอากาศยานกบแหลงสงสญญาณไมโครเวฟได 3. รงสอนฟาเรด (infrared rays) รงสอนฟาเรดมชวงความถ 1011 - 1014 Hz หรอความยาวคลนตงแต 10-3 - 10-6 เมตร ซงมชวงความถคาบเกยวกบไมโครเวฟ รงสอนฟาเรดสามารถใชกบฟลมถายรปบางชนดได และใชเปนการควบคมระยะไกลหรอรโมทคอนโทรลกบเครองรบโทรทศนได 4. แสง (light) แสงมชวงความถ 1014Hz หรอความยาวคลน 4x10-7 - 7x10-7 เมตร เปนคลนแมเหลกไฟฟาทประสาทตาของมนษยรบได สเปคตรมของแสงสามารถแยกไดดงน

ส ความยาวคลน (nm)

มวง 380-450

น าเงน 450-500

เขยว 500-570

เหลอง 570-590

แสด 590-610

แดง 610-760 5. รงสอลตราไวโอเลต (Ultraviolet rays) รงสอลตราไวโอเลต หรอ รงสเหนอมวง มความถชวง 1015 - 1018 Hz เปนรงสตามธรรมชาตสวนใหญมาจากการแผรงสของดวงอาทตย ซงท าใหเกดประจอสระและไอออนในบรรยากาศชนไอโอโนสเฟยร รงสอลตราไวโอเลต สามารถท าใหเชอโรคบางชนดตายได แตมอนตรายตอผวหนงและตาคน 6. รงสเอกซ (X-rays) รงสเอกซ มความถชวง 1016 - 1022 Hz มความยาวคลนระหวาง 10-8 - 10-13 เมตร ซงสามารถทะลสงกดขวางหนา ๆ ได หลกการสรางรงสเอกซคอ การเปลยนความเรวของอเลกตรอน มประโยชนทางการแพทยในการตรวจดความผดปกตของอวยวะภายในรางกาย ในวงการอตสาหกรรมใชในการตรวจหารอยราวภายในชนสวนโลหะขนาดใหญ ใชตรวจหาอาวธปนหรอระเบดในกระเปาเดนทาง และศกษาการจดเรยงตวของอะตอมในผลก 7. รงสแกมมา ( -rays) รงสแกมมามสภาพเปนกลางทางไฟฟามความถสงกวารงสเอกซ เปนคลนแมเหลกไฟฟาทเกดจากปฏกรยานวเคลยรและสามารถกระตนปฏกรยานวเคลยรได มอ านาจทะลทะลวงสง

3

บทท 2

คลนแมเหลกไฟฟา (Electromagnetic Radiation) คลนแมเหลกไฟฟาเปนรปแบบหนงการถายเทพลงงาน จากแหลงทมพลงงานสงแผรงสออกไปรอบๆ โดยมคณสมบตทเกยวของกบคลนแมเหลกไฟฟา คอ ความยาวคลน ( l) โดยอาจวดเปน nanometer (nm) หรอ micrometer (mm) และ ความถคลน (f) ซงจะวดเปน hertz (Hz) โดยคณสมบตทงสองมความสมพนธผานคาความเรวแสง ในรป c = fl

พลงงานของคลน พจารณาเปนความเขมของก าลงงาน หรอฟลกซของการแผรงส (มหนวยเปน พลงงานตอหนวยเวลาตอหนวยพนท = Joule s-1 m-2 = watt m-2) ซงอาจวดจากความเขมทเปลงออกมา (radiance) หรอความเขมทตกกระทบ (irradiance)

จากภาพเปนการแสดงชวงความยาวคลนของคลนแมเหลกไฟฟา ซงเครองมอวด (Sensor) ของดาวเทยมหรออปกรณตรวจวดจะออกแบบมาใหเหมาะสมกบชวงความยาวของคลนแมเหลกไฟฟาในชวงคลนตางกน เชน ชวงรงสแกมมา (gamma ray : l < 0.1 nm) และชวงรงสเอกซ (x-ray : 0.1 nm < l < 300 nm) เปนชวงทมพลงงานสง แผรงสจากปฏกรยานวเคลยร หรอจากสารกมมนตรงส ชวงอลตราไวโอเลต เปนชวงทมพลงงานสง เปนอนตรายตอเซลสงมชวต ชวงคลนแสง เปนชวงคลนทตามนษยรบรได ประกอบดวยแสงสมวง ไลลงมาจนถงแสงสแดง ชวงอนฟราเรด เปนชวงคลนทมพลงงานต า ตามนษยมองไมเหน จ าแนกออกเปน อนฟราเรดคลนสน และอนฟราเรดคลนความรอน

4

สมบตของคลนแมเหลกไฟฟา 1. ไมตองใชตวกลางในการเคลอนท 2. อตราเรวของคลนแมเหลกไฟฟาทกชนดในสญญากาศเทากบ 299,792,458 m/s ซงเทากบอตราเรวของแสง 3. เปนคลนตามขวาง 4. ถายเทพลงงานจากทหนงไปอกทหนง 5. ถกปลอยออกมาและถกดดกลนไดโดยสสาร 6. ไมมประจไฟฟา 7. คลนสามารถแทรกสอด สะทอน หกเห และเลยวเบนได คลนแมเหลกไฟฟาเปนคลนตามขวาง เพราะมสมบตการโพราไลซเซชน (Polalization) ทศของคลนแมเหลกไฟฟามทกทศทกทาง (3 มต) ยกเวนในแนวเสนตรงเดยวกบสายอากาศ คลนไฟฟาทมความถตอเนองเปนชวงกวาง ความถตางๆเหลาน เรยกรวมกนวา สเปกตรมของคลนแมเหลกไฟฟา คลนแมเหลกไฟฟามความถเดยวกนมชอเรยกตางกนไปขนอยกบแหลงก าเนด คลนแมเหลกไฟฟา เกดจากการรบกวนทางแมเหลกไฟฟา (Electromagnetic disturbance) โดยการท าใหสนามไฟฟาหรอสนามแมเหลกมการเปลยนแปลง เมอสนามไฟฟามการเปลยนแปลงจะเหนยวน าใหเกดสนามแมเหลก หรอถาสนามแมเหลกมการเปลยนแปลงกจะเหนยวน าใหเกดสนามไฟฟา คลนแมเหลกไฟฟาเปนคลนตามขวาง ประกอบดวยสนามไฟฟาและสนามแมเหลกทมการสนในแนวตงฉากกน และอยบนระนาบตงฉากกบทศการเคลอนทของคลน คลนแมเหลกไฟฟาเปนคลนทเคลอนทโดยไมอาศยตวกลาง จงสามารถเคลอนทในสญญากาศได สเปกตรม (Spectrum) ของคลนแมเหลกไฟฟา ประกอบดวยคลนแมเหลกไฟฟาทมความถและความยาวคลนแตกตางกน ซงครอบคลมตงแต คลนแสงทตามองเหน อลตราไวโอเลต อนฟราเรด คลนวทย โทรทศน ไมโครเวฟ รงสเอกซ รงสแกมมา เปนตน ดงนนคลนแมเหลกไฟฟา จงมประโยชนมากในการสอสาร โทรคมนาคม และทางการแพทย จากภาพเปนการแสดงชวงความยาวคลนของคลนแมเหลกไฟฟา ซงเครองมอวด (Sensor) ของดาวเทยมหรออปกรณตรวจวดจะออกแบบมาใหเหมาะสมกบชวงความยาวของคลนแมเหลกไฟฟาในชวงคลนตางกน เชน 1. ชวงรงสแกมมา (gamma ray : l < 0.1 nm) และชวงรงสเอกซ (x-ray : 0.1 nm < l < 300 nm) เปนชวงทมพลงงานสง แผรงสจากปฏกรยานวเคลยร หรอจากสารกมมนตรงส 2. ชวงอลตราไวโอเลต เปนชวงทมพลงงานสง เปนอนตรายตอเซลสงมชวต 3. ชวงคลนแสง เปนชวงคลนทตามนษยรบรได ประกอบดวยแสงสมวง ไลลงมาจนถงแสง สแดง 4. ชวงอนฟราเรด เปนชวงคลนทมพลงงานต า ตามนษยมองไมเหน จ าแนกออกเปน อนฟราเรดคลนสน และอนฟราเรดคลนความรอน

5

- Near Infrared (NIR) ความยาวคลนจะอยในชวงระหวาง 0.7 ถง 1.5 µm. - Short Wavelength Infrared (SWIR) ความยาวคลนจะอยในชวงระหวาง 1.5 ถง 3 µm. - Mid Wavelength Infrared (MWIR) ความยาวคลนจะอยในชวงระหวาง 3 ถง 8 µm. - Long Wavelength Infrared (LWIR) ความยาวคลนจะอยในชวงระหวาง 8 ถง 15 µm. - Far Infrared (FIR) ความยาวคลนจะมากกวา 15 µm. 5. ชวงคลนวทย (radio wave) เปนชวงคลนทเกดจากการสนของผลกเนองจากไดรบสนามไฟฟา หรอเกดจากการสลบขวไฟฟา ส าหรบในชวงไมโครเวฟ มการใหชอเฉพาะ เชน

- P band ความถอยในชวง 0.3 - 1 GHz (30 - 100 cm) - L band ความถอยในชวง 1 - 2 GHz (15 - 30 cm) - S band ความถอยในชวง 2 - 4 GHz (7.5 - 15 cm) - C band ความถอยในชวง 4 - 8 GHz (3.8 - 7.5 cm) - X band ความถอยในชวง 8 - 12.5 GHz (2.4 - 3.8 cm) - Ku band ความถอยในชวง 12.5 - 18 GHz (1.7 - 2.4 cm) - K band ความถอยในชวง 18 - 26.5 GHz (1.1 - 1.7 cm) - Ka band ความถอยในชวง 26.5 - 40 GHz (0.75 - 1.1 cm ความยาวชวงคลนและความเขมของคลนแมเหลกไฟฟา ขนอยกบอณหภมของแหลงก าเนดคลนแมเหลกไฟฟา เชน ดวงอาทตย มอณหภม 6,000 K จะแผพลงงานในชวงคลนแสงมากทสด วตถตางๆ บนพนโลกสวนมากจะมอณหภมประมาณ 300 K จะแผพลงงานในชวงอนฟราเรดความรอนมากทสด คลนแมเหลกไฟฟาเมอเดนทางผานชนบรรยากาศ จะถกโมเลกลอากาศ และฝนละอองในอากาศดดกลน และขวางไวท าใหคลนกระเจงคลนออกไป คลนสวนทกระทบถกวตถจะสะทอนกลบ และเดนทางผานชนบรรยากาศมาตกสอปกรณวดคลน

6

เนองจากวตถตางๆ มคณสมบตการสะทอนคลนแมเหลกไฟฟาทชวงคลนตางๆ ไมเหมอนกน ดงนนเราจงสามารถใชคลนแมเหลกไฟฟาในการส ารวจจากระยะไกลได รปตอไปนแสดงลกษณะการสะทอนแสงเปรยบเทยบระหวางวตถตางชนดกนทชวงคลนตางๆ กน ความสามารถในการสะทอนแสงของวตถตางๆ บนพนโลกสามารถสรปไดดงน - น าสะทอนแสงในชวงแสงสน าเงนไดด และดดกลนคลนในชวงอนๆ และใหสงเกตวาน าจะดดกลนคลน IR ชวง 0.91 mm ในชวงนไดดมาก - ดนสะทอนแสงในชวงคลนแสงไดดทกส - พชสะทอนแสงชวงสเขยวไดด และสะทอนชวงอนฟราเรดไดดกวาน าและดนมาก ธรรมชาตของ “แสง” แสดงความประพฤตเปนทง “คลน” และ “อนภาค” เมอเรากลาวถงแสงในคณสมบตความเปนคลน เราเรยกวา “คลนแมเหลกไฟฟา” (Electromagnetic waves) ซงประกอบดวยสนามแมเหลกและสนามไฟฟาท ามมตงฉาก ดงทแสดงในภาพท 1 แสงเคลอนทไปในอวกาศดวยความเรว 300,000,000 เมตร/วนาท เมอเรากลาวถงแสงในคณสมบตของอนภาค เราเรยกวา “โฟตอน” (Photon) เปนอนภาคทไมมมวล

ภาพท 1 คณสมบตของคลนแมเหลกไฟฟา แสงทตามองเหน (Visible light) เปนสวนหนงของคลนแมเหลกไฟฟา ในชวงคลน 400 – 700 นาโนเมตร (1 เมตร = 109 นาโนเมตร หรอ 100 ลานนาโนเมตร) หากน าแทงแกวปรซมมาหกเหแสงอาทตย เราจะเหนวาแสงสขาวถกหกเหออกเปนสมวง คราม น าเงน เขยว เหลอง แสด แดง คลายกบสของรงกนน า เรยกวา “สเปกตรม” (Spectrum) แสงแตละสมความยาวคลนแตกตางกน สมวงมความยาวคลนนอยทสด สแดงมความยาวคลนมากทสด นอกจากแสงทตามองเหนแลวยงมคลนแมเหลกไฟฟาชนดอนๆ ดงทแสดงในภาพท 2 ไดแก • รงสแกมมา (Gamma ray) ความยาวคลนนอยกวา 0.01 nm • รงสเอกซ (X-ray) มความยาวคลน 0.01 - 1 nm • รงสอลตราไวโอเลต (Ultraviolet radiation) มความยาวคลน 1 - 400 nm • แสงทตามองเหน (Visible light) มความยาวคลน 400 – 700 nm • รงสอนฟราเรด (Infrared radiation) มความยาวคลน 700 nm – 1 mm • คลนไมโครเวฟ (Microwave) มความยาวคลน 1 mm – 10 cm • คลนวทย (Radio wave) ความยาวคลนมากกวา 10 cm

7

หมายเหต • ต าราดาราศาสตรสวนใหญก าหนดให คลนไมโครเวฟเปนสวนหนงของคลนวทย • บางแหงใชหนวยความยาวคลนเปน องสตรอม ( ) โดยท 1 เมตร = 1010 หรอ 10,000,000,000 หรอ 1 nm = 10 สเปกตรม

ภาพท 2 คลนแมเหลกไฟฟาประเภทตางๆ นกดาราศาสตรท าการศกษาวตถทองฟา โดยการศกษาคลนแมเหลกไฟฟาทวตถแผรงสออกมา สเปกตรมของคลนแมเหลกไฟฟาท าใหเราทราบถงคณสมบตทางกายภาพของดวงดาว อนไดแก อณหภม และพลงงาน นอกจากนนยงบอกถง ธาต องคประกอบทางเคม และทศทางการเคลอนทของเทหวตถดวย

ภาพท 3 สเปกตรมของแสงอาทตย

สเปกตรมของแสงอาทตยในภาพท 3 แสดงใหเหนถงระดบความเขมของพลงงานในชวงความยาวคลนตางๆ จะเหนไดวา ดวงอาทตยมความเขมของพลงงานมากทสดทความยาวคลน 500 นาโนเมตร เสนสเขมบนแถบสเปกตรม หรอ รอยหยกบนเสนกราฟแสดงใหเหนวา มธาตไฮโดรเจนอยในชนบรรยากาศของดวงอาทตย ดาวแตละดวงมสเปกตรมไมเหมอนกน ฉะนนสเปกตรมจงมคณสมบตเปรยบไดกบเสนลายมอของดาว

8

บทท 3

ความสมพนธระหวาง ความยาวคลน (Wavelength) และ ความถ (Frequency) วตถทกชนดทมอณภมสงกวา 0 เคลวน (-273°C) มพลงงานภายในตว และมการแผรงสคลนแมเหลกไฟฟา ความยาวของคลนแมเหลกไฟฟาแปรผกผนกบอณหภม มใชมเพยงสงทมอณหภมสง ดงเชน ดวงอาทตย และไสหลอดไฟฟา จงมการแผรงส หากแตสงทมอณหภมต าดงเชน รางกายมนษย และน าแขง กมการแผรงสเชนกน เพยงแตตาของเรามองไมเหน พจารณาภาพท 4 เมอเราใหพลงงานความความรอนแกแทงโลหะ เมอมนเรมรอน มนจะเปลงแสงสแดง (สามารถเหนไดจากขดลวดของเตาไฟฟา) เมอมนรอนมากขน มนจะเปลงแสงสเหลอง และในทสดมนจะเปลงแสงสขาวอมน าเงน พจารณาเสนกราฟ จะเหนวา

• เมอแทงโลหะมอณหภม 3,000 K ความยาวคลนสงสดทยอดกราฟจะอยท 1000 nm (นาโนเมตร) ซงตรงกบยานรงสอนฟราเรด ซงสายตาเราไมสามารถมองเหนรงสชนดน เราจงเหนแทงโลหะแผแสงสแดง เนองจากเปนความยาวคลนทต าทสดแลว ทเราสามารถมองเหนได

• เมอแทงโลหะมอณหภม 5,000 K ความยาวคลนสงสดทยอดกราฟจะอยท 580 nm เราจงมองเหนแทงโลหะเปลงแสงสเหลอง

• เมอแทงโลหะมอณหภม 10,000 K ความยาวคลนสงสดทยอดกราฟจะอยท 290 nm ซงตรงกบยานรงส อลตราไวโอเลก ซงสายตาเราไมสามารถมองเหนรงสชนดน เราจงเหนแทงโลหะแผแสงสมวง เนองจากเปนความยาวคลนทสงทสดแลว ทเราสามารถมองเหนได

ภาพท 4 ความสมพนธระหวางความยาวคลนกบอณหภม

9

ตวอยางนแสดงใหเหนวา วตถรอน มพลงงานสง และแผรงสคลนสน สวนวตถเยน มพลงงานต า แผรงสคลนยาว ในป ค.ศ.1893 นกฟสกสชาวเยอรมนชอ วลเฮลม เวน (Wilhelm Wien) ไดคนพบความสมพนธระหวางคลนแมเหลกไฟฟาและความรอน ตามสตร = c / f ความยาวคลน = ความเรวแสง / ความถ ความยาวคลน ( ) = ระยะหางระหวางยอดคลน มหนวยเปนเมตร (m) ความถ (f) = จ านวนคลนทเคลอนทผานจดทก าหนด ในระยะเวลา 1 วนาท มหนวยเปนเฮรทซ (Hz) ความเรวแสง (c) = 300,000,000 เมตร/วนาท (m/s) ตวอยางท 1 แสดงใหเหนการเปรยบเทยบวา แสงสมวงมความยาวคลน 400 nm มความถสงกวา แสงสแดงซงมความยาวคลน 700 nm อย 1.75 เทา

ตวอยางท 1: แสงสมวงความยาวคลน 400 นาโนเมตร แสดงวา แสงอาทตยมพลงงานสงสดทความถเทาไร

= c / f f = c / แสงสมวง = [3 x 108 m s-1] / [400 x 10-9 m] = 7.5 x 1014 Hz แสงสแดง = [3 x 108 m s-1] / [700 x 10-9 m] = 4.29 x 1014 Hz ดงนน แสงสมวงมความถสงกวาแสงสแดง 7.5/4.29 = 1.75 เทา

กฎของเวน (Wien’s Law): ความสมพนธระหวางความยาวคลน และอณหภม วตถทกชนดทมอณภมสงกวา 0 เคลวน (-273°C) ยอมมพลงงานภายในตว และมการแผรงสคลนแมเหลกไฟฟา ความยาวของคลนแมเหลกไฟฟาแปรผกผนกบอณหภม (วตถรอน มพลงงานสง และแผรงสคลนสน, วตถเยน มพลงงานต า แผรงสคลนยาว)

max = 0.0029 / T

max = ความยาวคลนเขมสด มหนวยเปนเมตร (m) T = อณหภมของวตถ มหนวยเปนเคลวน (K) ตวอยางท 2 แสดงใหเหนวา เราสามารถค านวณหาอณหภมพนผวของดาวได ถาเราทราบความยาวคลนเขมสด ทดาวนนแผรงสออกมา

ตวอยางท 2: ดวงอาทตยแผรงสทมความยาวคลนเขมสด 500 นาโนเมตร อยากทราบวา ดวงอาทตยมอณหภมพนผวเทาไร max = 0.0029 / T T = 0.0029 / max = 0.0029 / 500 x 10-9 m = 5,800 K

10

กฎของแพลงก (Plank’s Law) โฟตอนเปนอนภาคของแสง เคลอนทดวยความเรว 300,000,000 เมตร/วนาท พลงงานของโฟตอนแปรผนตามความถ แตแปรผกผนกบความยาวคลน โฟตอนของคลนสนมพลงงานมากกวาโฟตอนของคลนยาว

E = hf E = hc/

พลงงานของโฟตอน = h x ความถ = h x ความเรวแสง / ความยาวคลน ความยาวคลน ( ) = ระยะหางระหวางยอดคลน มหนวยเปนเมตร (m) ความถ (f) = จ านวนคลนทเคลอนทผานจดทก าหนด ในระยะเวลา 1 วนาท มหนวยเปนเฮรทซ (Hz) คาคงทของแพลงก (h) = 6.6 x 10-34 จล วนาท (J.s) ตวอยางท 3 แสดงใหเหนวา โฟตอนของแสงสมวงซงมความยาวคลน 400 นาโนเมตร มพลงงานสงกวา โฟตอนของแสงสแดงซงมความยาวคลน 700 นาโนเมตร ถง 1.75 เทา

ตวอยางท 3: โฟตอนของแสงสมวงมความยาวคลน 400 นาโนเมตร โฟตอนของแสงสแดงมความยาวคลน 700 นาโนเมตร โฟตอนทงสองมพลงงานตางกนอยางไร Eviolet = hc / = [6.6 x 10-34 J.s] [3 x 108 m s-1M / 400 x 10-9 nm = 4.95 x 10-19 จล Ered = hc / = [6.6 x 10-34 J.s] [3 x 108 m s-1] / 700 x 10-9 nm = 2.83 x 10-19 จล โฟตอนของแสงสมวง มพลงงานสงกวา โฟตอนของแสงสแดง 1.75 เทา

กฎของสเตฟาน–โบลทซมานน (Stefan-Boltzmann’s Law) ความเขมของพลงงาน (Energy Flux) แปรผนตามคายกก าลงสของอณหภม มหนวยเปน จล / ตารางเมตร วนาท หรอ วตต / ตารางเมตร

F = T4

F = ความเขมของพลงงาน มหนวยเปนวตต / ตารางเมตร (W m-2) = 5.67 x 10-8 วตต / ตารางเมตร K4 (W m-2 K-4) T = อณหภมของวตถ มหนวยเปนเคลวน (K)

11

ถาเราทราบวา ความยาวคลนเขมสดทดาวแผรงสออกมา เรากจะทราบอณหภมพนผวของดาว (ดงตวอยางท 2) และเมอเราทราบอณหภมพนผวของดาว เรากจะทราบวา พลงงานทดาวแผออกมานนมความเขมเทาไร (ดงตวอยางท 4)

ตวอยางท 4: พนผวของดวงอาทตยมอณหภมเฉลย 5,800 K มความเขมของพลงงานเทาไร F = T4 = (5.67 x 10-8 วตต / ตารางเมตร K4) (5800 K)4 = (5.67 x 10-8 วตต / ตารางเมตร) (1.13 x 1015) = 64,164,532 วตต / ตารางเมตร

ความสมพนธระหวางพลงงานและระยะทาง ในการแผรงส คลนแมเหลกไฟฟาแผออกจากจดก าเนดทกทศทกทาง เปรยบเสมอนทรงกลมทมจดก าเนดเปนจดศนยกลาง โดยเมอพลงงานแพรออกไป ความเขมของพลงงานจะลดลงไปเทากบ หนวยของระยะทางยกก าลงสอง ดงทแสดงในภาพท 2

ภาพท 2 กฏของสเตฟาน–โบลทซมานน กฎระยะทางผกผนก าลงสอง

F1 / F2 = (D2 / D1)2

F1 = ความเขมของพลงงาน ณ ระยะทางท 1 F2 = ความเขมของพลงงาน ณ ระยะทางท 2 D1 = ระยะทางจากจดก าเนดถงระยะทางท 1 D2 = ระยะทางจากจดก าเนด ถงระยะทางท 2 ตวอยางท 5 แสดงใหเหนวา ดวงอาทตยมรศม 694 ลานเมตร พนผวของดวงอาทตยแผรงสดวยความเขม 64 ลานวตต / ตารางเมตร แสงอาทตยเดนทางมายงโลกเปนระยะทาง 149.6 ลาน

12

กโลเมตร ซงมระยะหางมากกวารศมของดาวอาทตย 216 เทา ท าใหแสงอาทตยมความเขมนอยลง (216)2 เทา ดงนน แสงอาทตยตกกระทบบรรยากาศชนบนของโลกดวยความเขมเพยง 1,370 วตต/ตารางเมตร

ตวอยางท 5: พลงงานทพนผวของดวงอาทตยมความเขม 64 ลานวตต / ตารางเมตร อยากทราบวา พลงงานจากดวงอาทตยทตกกระทบบรรยากาศชนบนของโลก จะมความเขมเทาไร F1 = ความเขมของพลงงาน ณ บรรยากาศโลกชนบน F2 = ความเขมของพลงงาน ณ ผวดวงอาทตย = 64,000,000 วตต/ตารางเมตร D1 = รศมของวงโคจรโลกรอบดวงอาทตย = 149.6 x 109 เมตร D2 = รศมของดวงอาทตย = 694,000,000 เมตร F1 = F2 (D2/D1)

2 F1 = (64 x 106 วตต/ตารางเมตร) (694 x 106 เมตร / 149.6 x 109 เมตร)2 = 1,370 วตต/ตารางเมตร

สรปกฎการแผรงส 1. คลนแมเหลกไฟฟาเคลอนทในอวกาศดวยความเรว 300,000 กโลเมตร/วนาท

2. คลนสนมความถสง คลนยาวมความถต า

3. วตถทกชนดทมอณภมสงกวา 0 K (-273°C) ลวนมพลงงานภายในตว และมการแผ

รงสคลนแมเหลกไฟฟา

4. วตถทมอณหภมสง ยอมมการแผพลงงาน (อตราการไหลของพลงงาน) มากกวาวตถทมอณหภมต า

5. พลงงานของโฟตอนแปรผนโดยตรงกบความถ (E = h )

6. พลงงานของโฟตอนแปรผกผนกบความยาวคลน (E = hc / )

7. วตถทมอณหภมสงแผรงสคลนสน วตถทมอณหภมต าแผรงสคลนยาว ( max = 0.0029 / T)

8. ความเขมของพลงงานแปรผกผนกบหนวยของระยะทางยกก าลงสอง (F1/F2 = (D2/D1)

2)

13

การค านวณหาพลงงานจากดวงอาทตย

1. Spectrum จากดวงอาทตย มความยาวคลนทมพลงงานสงสด max = 500 นา

โนเมตร กฎของเวน T = 0.0029 / max ท าใหทราบคาอณหภมพนผว = 5,800 K ........(ตวอยางท 2)

2. กฎสเตฟาน-โบลทซมานน F = T4 ท าใหทราบคาความเขมของพลงงานท

พนผว = 64 ลานวตต/ตารางเมตร ........(ตวอยางท 4)

3. กฎระยะทางผกผนก าลงสอง F1 / F2 = (D2 / D1)

2 ท าใหทราบคาความเขมของพลงงานทตกกระทบบรรยากาศของโลก = 1,370 ลานวตต / ตารางเมตร ........(ตวอยางท 5)

14

บทท 4

การเกดคลนแมเหลกไฟฟา

เมอประจไฟฟา บวกหรอลบเกดการสนแบบซม เปลฮารมอนก จะท าใหเกดเสนแรงไฟฟาขนระหวางประจทงสอง (รอบๆประจไฟฟาจะมเสนแรงไฟฟาอยแลวแมประจจะไมเคลอนท)

แสดงเสนแรงไฟฟาระหวางประจ 2 ประจ

ทศของสนามไฟฟาทจดใด ๆ จะอยในทศสมผสเสนแรงทจดนน ๆ

แสดงทศทางการเคลอนทของคลนแมเหลกไฟฟาทเกดขนจากการสนของประจไฟฟาและทศของสนามไฟฟาบนต าแหนงตางๆ

ทศของสนามไฟฟาจะตงฉากกบทศของการเคลอนทของคลนแมเหลกไฟฟา

15

เสนแรงไฟฟาจากการสนแบบซมเปลของประจไฟฟาบวกและลบ มทศจากประจบวกไปประจลบ

เมอประจสนครบ 1 รอบ จะไดเสนแรงไฟฟาครบ 1 วง ท าใหไดสนามไฟฟาเปลยนแปลงครบ 1 รอบ

วงของสนามไฟฟาทเปลยนแปลงจากการสนของประจ จะเคลอนทขยายออกไปเรอย ๆ และประจจะสนและท าใหเกดสนามไฟฟาวงอนๆตอเนองกนไปตลอดเวลาทประจยงคงสนอย

แสดงทศทางการเคลอนทของคลนแมเหลกไฟฟา

เมอสนามไฟฟามการเปลยนแปลงจะเหนยวน าใหเกดสนามแมเหลก

16

1.คลนวทย ไมโครเวฟ และแสงเลเซอร มความถอยในชวง 104 - 109

1.คลนวทยจะใชเวลาในการเคลอนทไปถงดาวเทยมนอยทสด

2.แสงเลเซอรจะใชเวลาในการเคลอนทไปถงดาวเทยมนอยทสด

3.คลนทงสามใชเวลาเดนทางไปถงดาวเทยมเทากน

4.หาค าตอบไมได เพราะไมไดก าหนดคาความยาวคลนของคลนเหลาน 2.รงสอนฟราเรด และคลนไมโครเวฟ มสงทเหมอนกนตามขอใด

1. เปนคลนแมเหลกไฟฟา

2. ใชประโยชนในดานการสอสารในอวกาศ

3. ตรวจรบไดดวยฟลมถายรป

4. เปนคลนประเภทเดยวกนและมความถเทากน พรอมทงใชในการสอสารเหมอนกน 3.ขอใดคอคลนแมเหลกไฟฟาทท าใหเกดประจอสระและอออนในบรรยากาศชนไอโอโนสเฟยร

1. อลตราไวโอเลต

2. แสง

3. รงสเอกซ

4. รงสแกมมา 4.ในกรณของคลนแมเหลกไฟฟา ขอความใดผด

1. ขณะทประจเคลอนทดวยความเรง จะแผคลนแมเหลกไฟฟาออกมา

2. รงสแกมมาเปนคลนแมเหลกไฟฟาทมความยาวคลนมากกวารงสเอกซ

3. การสะทอนของคลนวทยระบบ เอฟ เอม อาศยคลนฟาเปนสวนนอย

4. เรดารอาศยหลกการท างานของการสะทอนของคลนไมโครเวฟ 5.แนวความคดทส าคญอยางหนงของแมกซเวลส (Maxwell) เกยวกบทฤษฎของคลนแมเหลกไฟฟา คอ

1. คลนแมเหลกไฟฟาทกชนดจะตองมความยาวคลนตางกน

2. เมอสนามแมเหลกเปลยนแปลงจะเหนยวน าใหเกดสนามไฟฟาขน

3. การเกดคลนแมเหลกไฟฟา จ าเปนตองอาศยการสนของอนภาคตวกลาง

4. ทศทางเคลอนทของคลนแมเหลกไฟฟา จะตองอยในทศเดยวกบสนามแมเหลก 6.ขอความตอไปน ขอใดผดตามทฤษฎเกยวกบคลนแมเหลกไฟฟา

1. เมอมกระแสไฟฟาผานลวดตวน า จะมสนามแมเหลกเกดขนรอบๆ ตวน านน

2. เมอประจมการเคลอนทดวยความเรงหรอความหนวงจะแผคลนแมเหลกไฟฟาออกม

17

3. ขณะทมฟลกซแมเหลกเปลยนแปลงผานวงลวดตวน าจะมการะแสไฟฟาในตวน านน

4. เมอมการเปลยนแปลงสนามแมเหลก จะเหนยวน าใหเกดสนามไฟฟาในบรเวณนน ยกเวนบรเวณนนจะเปนฉนวน 7. จงเลอกขอทถกตองทสดจากขอความตอไปน

1. หของมนษยจะไดยนสญญาณคลนแมเหลกไฟฟาทอยในยานความถ 20- 20,000 เฮรตซเทานน

2. เราสามารถใชประจไฟฟามาท าใหคลนแมเหลกไฟฟามความเรงเพมขนได

3. ประจไฟฟาทมความเรงสามารถท าใหเกดคลนแมเหลกไฟฟาได

4. จากทฤษฎของแมกซเวลล คลนแมเหลกหรอคลนไฟฟาอยางใดอยางหนงสามารถเคลอนทดวยความเรวแสงโดยไมขนอยกบความถของคลนนนๆ 8.การผสมสญญาณแบบ เอฟ เอม มลกษณะตามขอใด

1. ความถและอมพลจดคงท

2. ความถและอมพลจดเปลยนไป

3. ความถคงท อมพลจดเปลยนไป

4. ความถเปลยนไป อมพลจดคงท 9.ขอใด ไมถกตอง

1. ใชแสงเลเซอรในการผาตดนยนตาได

2. รงสอลตราไวโอเลต ท าใหเกดอออนในบรรยากาศชนไอโอโนสเฟยร

3. รงสเอกซมความยาวคลนใกลเคยงกบขนาดอะตอม

4. รงสแกมมาเกดจากการสลายตวของนวเคลยสของธาตกมมนตรงสเทานน 10.คลนแมเหลกไฟฟาทมระดบพลงงานสงสดคอ

1. คลนทสงกระจายเสยงจากสถานทมก าลงสงมากกวาหนงเมกกะวตต

2. คลนความรอนจากแหงทมอณหภมสงกวา 300 เคลวน

3. คลนเรดาร

4. แสงสวางจากหลอดนออน

อางอง

ผจดท า/ผเรยบเรยง