แสงเชิงคลื่น
หัวข้อที่ต้องศึกษา 1.แนวคิดเกี่ยวกับแสงเชิงคลื่น 2.การแทรกสอดของแสงผ่านสลิตคู่ 3.การเลี้ยวเบนของแสงผ่านสลิตเดี่ยว 4.การเลี้ยวเบนของแสงผ่านเกรตติง
แนวคิดเกี่ยวกับเเสงเชิงคลื่น แสงที่ตามองเห็นได้เป็น ช่วง หนึ่งในสเปกตรัมของคลื่น แม่ เหล็ก ไฟฟ้า มีความยาวคลื่น อยู่ในช่วง 400-700 นาโนเมตร มีอัตราเร็ว เท่ากับคลื่น แม่เหล็ก ไฟฟ้าทั่วไป คือ 3×10 8 เมตรต่อวินาที เดิม เชื่อกัน ว่า แสงเป็นอนุภาค จนกระ ทั่ง ธอมัส ยัง ได้ทําการทดลอง ให้เห็นว่าแสงมีการแทรกสอดได้จึงยอมรับ กันว่า " แสงเป็นคลื่น "
ในระหว่างปี พ.ศ.2344 โทมัส ยัง( Thomas Young พ.ศ. 2316 – 2372 ) ได้ทดลองพบว่า แสงเป็น คล่ื่นเพราะมีสมบัติในการทรกสอดได้เช่นเดียวกับ คลื่นน้ำ คลื่นเสียงและคลื่นชนิด อื่นๆ โดยทำ ให้เกิด แถบสว่าง ( แบบเสริมกัน ) และแถบมืด ( แบบหักล้าง ) โทมัส ยังทดลองการแทรกสอดของแสง โดยให้แสงสีเดียวผ่านช่องแคบ 1 ช่อง แล้ว ไปผ่าน ช่องแคบอีก2ช่องคือS1และS2 ซึ่งทำ ให้เกิดแถบมืดแถบสว่างปรากฏบนฉากดังรูป เมื่อเเสงผ่านสลิตคู่ ( ช่องแคบ S1 และ S2 ) จะมีการแทรกสอดของแสงบนฉากทำ ให้เกิดแถบมืดและ แถบสว่าง การหาตำ แหน่งแถบมืดและแถบสว่างเหล่านี้อาจทำ ได้โดยพิจารณาว่า สลิตทั้งสองเป็นแหล่ง กำ เนิดอาพันธ์ 2 แหล่ง และใช้หลักการแทรกสอดของคลื่นน้ำ มาอธิบายการแทรกสอดของคลื่นแสง ดังนี้ การแทรกสอดของแสงผ่านสลิตคู่ เราทราบว่าเสียงเป็นพลังงานรูปหนึ่ง ที่มีคุณสมบัต้เป็นคลื่นได้เมื่อมีการ แทรกสอดกันจะทำ ให้เกิดตำ แหน่ง ที่มีเสียงดังและเสียงค่อยดังนั้นแสง จะมีการแทรกสอดกันหรือไม่
ในกรณีที่ S1 และ S2 เป็นแหล่งกำ เนิดอาพันธ์ ทุกจุดบนเส้นปฏิบัพ แสงจะแทรกสอดแบบเสริม บนฉากเกิดแถบสว่าง ณ ตำ แหน่ง P ใด ๆ แล้วผลต่างระหว่างงระยะทางจากแหล่งกำ เนิดคลื่นทั้ง สองไปยังจุด ใดๆ ( P )บนเส้นปฏิบัพ จะเท่ากับจำ นวนเต็ม ของความยาวคลื่นเสมอ ดังรูป
ในกรณีท่ี S1 และ S2 เป็นแหล่งกำ เนิดอาพันธ์ ทุกจุดบนเส้นแนวบัพ แสงจะแทรกสอดแบบ หักล้างบนฉากเกิดแถบมืด ณ ตำ แหน่ง P ใด ๆ แล้วผลต่างระหว่างระยะทางจากแหล่งกำ เนิด คลื่นทั้งสองไปยังจุด ใดๆ ( P ) บนเส้นบัพ จะเท่ากับจำ นวนเต็มคลื่นลบครึ่งหนึ่งของ ความยาวคลื่นเสมอดังรูป
1. แสงเมื่อผ่านช่องแคบจะมีการเลี้ยวเบน และจะมีการเลี้ยวเบนดีมากเมื่อช่องแคบยิ่งแคบมาก 2. แสงที่เลี้ยวเบนไปมากความเข้มแสงจะลดน้อยลง 3. แสงเลี้ยวเบนจากช่องแคบจะไปแทรกสอดกัน ถ้าแทรกสอดแบบเสริมสร้างจะเป็นบริเวณแถบสวา่ง แต่ถ้าแทรกสอดแบบหักล้างจะเป็นบริเวณแถบมืด 4. เมื่อใช้แสงสีเดียว(Monochromatic light) ผ่านช่องแคบ เดี่ยว(Single Slits) จะพิจารณาหา ตำ แหน่งมืด การเลี้ยวเบนของแสงผ่านสลิตเดี่ยว ในปี พ.ศ. 2203 กริมัลดิ ( Francesco Maria Grimaldi ) เป็นคนแรกที่เห็นสมบัติการเลี้ยว เบนของแสง โดยทดลองให้แสงผ่านนสลิตแคบ ( คือความยาวมากกว่า ความกว้างของสลิตมาก ) จะเกิดปรากฏการณ์ การเลค้ยวเบนมีผลให้แถบสว่างกลางมีขนาดกว้างกว่าสลิตนอกจากนี้ถัดจาก แถบสว่างกลางออกไปทั้งสองข้างมีแถบสว่างและแถบมืดสลับกันไปดังรูป
จากการทดลองเรื่องการเลี้ยวเบนของแสงคลื่นแสงที่มาตกกระทบสลิตนั้นเป็นคลื่นระนาบและโดยใชหลัก การของฮอยเกนส์ที่ถือว่าทุก ๆ จุดบนสลิตจะทำ หน้าที่เสมือนแหล่งกำ เนิดคลื่นอาพันธ์ใหม่และคลื่นจาก แหล่งกำ เนิดเหล่านี้เมื่อพบกันจะแทรกสอดแบบทำ ลาย(แถบมืด ) หรือเสริม( แถบสว่าง )โดยแถบสว่าง กลางจะกว้างและสว่างงมากที่สุด อนึ่งถ้าความกว้างของสลิตเพิ่มความกว้างของแถบสว่างกลางจะแคบลง แต่ ถ้าความกว้างของสลิตแคบลงความกว้างของแถบกลางก็จะะเพิ่มขึ้น การเกิดแถบมืดแถบสว่าง ณ ตำ แหน่งต่างๆบนฉากสามารถอธิบายได้ดังต่อไปนี้ จากหลักของฮอยเกนส์ทุกจุบนสลิตเดี่ยวACจะทำ หน้าที่เป็นแหล่งกำ เนิดแสงที่มีเฟสตรงกัน และ กระจายแสงออกโดยรอบ และ O จะห่างจากทุกจุดบน AB และ BC เท่ากันดังนั้นคลื่นแสงจากทั้งสอง ส่วนจึงแทรกสอด แบบเสริมกันตลอดเวลา จุด O จึงเป็นจุดกึ่งกลางของแถบสว่างดังรูป
ตำ แหน่ง P เป็นตาํแหน่งที่เกิดแถบมืดครั้งแรก( ที่ 1 ) ให้แบ่งสลิตเดี่ยวอออกเป็น2 ส่วน เท่าๆกันแล้ว พิจารณาคลื่นแต่ละคู่ที่มาหักล้างกันที่จุดPให้จุดBเป็นจุดกึ่งกลางระหว่างจุดAกับจุดCถ้าระยะทางที่คลื่นจาก B และ A เคลื่อนที่ถึงฉากที่จุด P ต่างกันเท่ากับครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น ( ) คลื่นทั้งสองจะมีเฟสต่างกัน 180 องศา จึงทำ ให้เกิดการแทรกสอดแบบหักล้างกันและถ้าพิจารณาคลื่นคู่อื่นๆ ที่ออกจากแหล่งกำ เนิดซึ่งอยู่ ถัดจาก A และ B ลงมาเป็นระยะเท่า ๆ กันเมื่อคลื่นเหล่านั้น เคลื่อนที่มาถึงจุด P คลื่นแต่ ละคู่จะมีเฟสต่าง กัน 180 องศา ดังนั้น P จะเป็นตำ แหน่งที่คลื่นทั้งหมดแทรกสอดแบบหักล้างกันจุด P จึง เป็นจุดมืด ดังรูป
การเลี้ยวเบนของแสงผ่านเกรตติง 1. เกรตติงเป็นแผ่นโลหะหรือแผ่นแก้วหรือแผ่นพลาสติกที่ขีดด้วยมีดซึ่งทำ จากเพชรให้เกิดเส้น ขนานหลายๆเส้น เพื่อให้แสงผ่านทาํหน้าที่แยกการกระจายแสงตามความยาวคลื่นแสง Spectrum) ถ้าเป็นแสงสีขาวจะถูกแยกออกเป็น 7 สีเหมือนปริซึม ผู้ประดิษฐ์คนแรกคือ Joseph Fraunhoer 2.เมื่อแสงสีเดียวผ่านเกรดติงจะเลี้ยวเบนแล้วไปแทรกสอดกันเป็นตำ แหน่งมืด–สวา่งบนฉากซึ่ง เป็นมุมโตที่พอจะวัดค่าของมุมได้ 3. การคาํนวณเกี่ยวกับ เกรตติงใช้หลักการเดียวกับการแทรกสอดแต่จะพิจารณาเฉพาะตำ แหน่ง สว่างเท่านั้น คือ
จากการทดลองให้แสงขาว(เกิดจากการรวมกันของแสงที่มีความยาวคลื่นต่างๆกัน)จากหลอดไฟฟ้าผ่าน เกรตติงจะได้แถบสีเกิดขึ้นโดยที่แสงสีต่าง ๆ ในแถบสีนั้นมีความยาวคลื่นต่างกัน เช่น แสงสีม่วงมี ความยาวคลื่นน้อยที่สุดและแสงสีแดงมีความยาวคลื่นมากที่สุดการเรียงแถบสีต่างๆโดยแยกออกตาม ความยาวคลื่นของแสงเรียกวา่ สเปกตรัม ( spectrum ) เช่น สเปกตรัมท่ีได้จากการให้แสงอาทิตย์ ผ่านปริซึมซึ่งจะ แสดงวา่ แสงอาทิตย์ประกอบด้วยแสงสีต่างๆ มารวมกัน ที่มีความยาวคลื่นต่างๆ กัน ดัง ตาราง
รายงาน วิชาฟิกส์(แสงเชิงคลื่น) จัดทำ โดย เสนอ นางสาว พรพรรณ เทาทองสุข เลขที่18 ชั้นม.5/1 นางสาว พัชรมัย ชินเนหันหา เลขที่24 ชั้นม.5/1 นางสาว พรทิภา สีกวนชา
ขอบคุณค่ะ