ฟิสิกส์บทที่ 16 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

บทที่ 16 คล่นื แม่เหลก็ ไฟฟ้า

16.1 ทฤษฎคี ลน่ื แมเ่ หล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลลแ์ ละการทดลองของเฮิรตซ์

แมกซเ์ วลล์ไดร้ วบรวมกฎตา่ งๆทเ่ี กย่ี วกบั แม่เหล็กไฟฟา้ มาสรปุ เปน็ ทฤษฎโี ดยนำเสนอ ในรปู ของ
สมการคณิตศาสตร์ ซึง่ แมกซเ์ วลสไ์ ด้ทำนายวา่ สนามไฟฟ้าท่เี ปลีย่ นแปลงตามเวลา ทำใหเ้ กิด
สนามแมเ่ หล็กและในขณะเดียวกนั สนามแมเ่ หลก็ ทีเ่ ปลี่ยนแปลงตามเวลากท็ ำให้เกิดสนามไฟฟ้า โดย
สนามไฟฟ้าและสนามแมเ่ หล็กต่างก็มที ิศทางตั้งฉากกนั แมกซ์เวลลย์ งั ทำนายอีกว่า มคี ลื่นแมเ่ หลก็ ไฟฟ้า
(electromagnetic waves) ซ่งึ เกดิ ขึน้ จากการเหนีย่ วนำ อยา่ งตอ่ เน่ืองระหว่างสนามไฟฟา้ และ
สนามแมเ่ หล็กทำใหส้ นามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก เคลือ่ นที่ออกจากแหลง่ กำเนิด คลืน่ แม่เหลก็ ไฟฟ้า
เคลอ่ื นท่ีไปในสุญญากาศด้วย อัตราเรว็ เท่ากบั อัตราเรว็ ของแสง แมกซ์เวลล์จงึ เสนอความคดิ วา่ แสงเปน็
คลน่ื แม่เหล็กไฟฟา้ ท่ีมีความถชี่ ่วงหนง่ึ คำทำนายน้ีไดร้ ับการยนื ยนั วา่ เป็นจริงโดยการทดลองของเฮิรตซ์

เฮิรตซใ์ ดท้ ดลองพสิ ูจนท์ ฤษฎคี ลื่นแมเ่ หล็กไฟฟา้ ของแมกซ์เวลล์ โดยใช้ขดลวดเหนย่ี วนำประกอบด้วย
ขดลวดสองขดพนั รอบแกนเหลก็ ขดลวด A เปน็ ขดลวดปฐมภูมิ ขดลวด B เป็นขดลวดทุตภิ มู ซิ ึ่งมจี ำนวน
ขดลวดมากกวา่ ขดลวด A มากปลายของขดลวดทตุ ิยภูมิท้งั สองข้างต่อกบั ตวั นำทรงกลม a และ a' อยู่
ห่างกนั เปน็ ช่องแคบ G สว่ นขดลวดปฐมภมู ติ ่อกับสวิตช์ S ซ่ึงเป็นสวติ ช์แบบสนั่ ทำหน้าท่ีปดิ เปดิ
วงจรไฟฟ้าของขดลวดปฐมภูมทิ ตี่ ่อกับแบตเตอรี่ มีผลทำใหเ้ กดิ กระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรผ่ี ่านขดลวด
ปฐมภูมิตามจังหวะการปดิ เปิดของสวติ ช์

เมื่อสวติ ชแ์ บบส่ันปดิ เปดิ วงจรไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าที่ผา่ นขดลวดปฐมภมู จิ ะมีการเปลีย่ นแปลงเปน็
จงั หวะตามไปดว้ ย ซง่ึ จะทำใหเ้ กิดสนามแม่เหลก็ ท่มี ีการเปลย่ี นแปลงภายในแกนเหล็กของขดลวด
เน่ืองจากขดลวด B มีจำนวนขดมาก สนามแมเ่ หล็กทเ่ี ปลย่ี นแปลงนจ้ี งึ เหนีย่ วนำใหเ้ กดิ แรงเคล่อื นไฟฟ้าท่ี
มคี วามตา่ งศักยส์ ูงมาก (ชว่ งสั้นๆ ในขดลวด B โดยทตี่ วั นำทรงกลมทั้งสองจะทำให้เกดิ สนามไฟฟ้า
ภายในชอ่ งแคบ G ท่มี ีค่ามากพอท่จี ะทำให้อากาศระหว่างช่องแคบแตกตัวเกิดเป็นประกายไฟฟ้าผา่ น
ชอ่ งแคบ จะนั้นทกุ ครงั้ ทส่ี วิตช์ปิดหรือเปดี วงจร จะเห็นประกายไฟฟา้ เคลอื่ นที่ผา่ นช่องแคบนี้

เม่อื เฮิรตซ์ใชแ้ ผน่ โลหะแบน p และ p' ตอ่ เขา้ กับตวั นำทรงกลม a และ a' ตามลำดบั และใช้
เสน้ ลวดตัวนำงอเป็นรูปวงกลมตอ่ กบั ตัวนำทรงกลม b และ b' โดยเหลอื ช่องแคบ D ไว้แล้วนำมาใกล้
ชอ่ งแคบ G พอสมควร สังเกตเหน็ ประกายไฟฟา้ ที่ชอ่ งแคบ D ทุกคร้ังทเ่ี กดิ ประกายไฟฟ้าที่ชอ่ งแคบ G

เฮิรตซอ์ ธบิ ายการเกดิ ประกายไฟฟา้ ทชี่ ่องแคบ D ดังน้ี ขณะท่ีเกิดแรงเคล่ือนไฟฟ้าช่วงเวลาสน้ั ๆ ใน
ขดลวด B ส่งผลให้เกดิ ความต่างศักย์ซ่ึงมีความถี่สูงมากระหว่างแผ่นโลหะแบน p และ p' ความถ่ีน้ี
สามารถควบคุมได้ดว้ ยขนาดของแผน่ โลหะแบนและช่องแคบ G ในการทดลองท่ัวไปความถ่ีจะมี

ค่าประมาณ 108 เฮิรตซ์ ความต่างศกั ยแ์ ปรเปล่ียนทเี่ กิดข้ึนชว่ งเวลาหน่งึ และมคี วามถส่ี ูงจะทำให้เกดิ
สนามไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าสลบั เคลื่อนท่ผี า่ นช่องแคบ G เป็นประกายไฟฟา้ ดังที่กลา่ วแล้ว

ประกายไฟฟ้าทเ่ี กดิ ขน้ึ ท่ีช่องแคบ D น้นั เกิดจากกระแสไฟฟ้ากระโดดข้ามชอ่ งแคบ D กลับไป
กลบั มาหลายๆ คร้งั เพราะสนามไฟฟ้าท่เี ปลี่ยนแปลงระหวา่ งช่องแคบ G เหนีย่ วนำให้เกิดสนามแม่เหล็ก
ท่เี ปลย่ี นแปลง การเปล่ยี นแปลงสนามแม่เหลก็ และสนามไฟฟ้าน้ีจึงทำให้เกิดคลืน่ แมเ่ หลก็ ไฟฟ้าแผอ่ อก
จากแหล่งกำเนิด โดยความถี่ของคลื่นมคี า่ เท่ากบั ความถี่ของกระแสไฟฟา้ ท่ีกระโดดข้ามชอ่ งแคบ G ไป
มา เมอ่ื คลน่ื แม่เหล็กไฟฟา้ เคลื่อนที่ผ่านลวดตัวนำวงกลม ซ่ึงมรี ศั มีและขนาดชอ่ งแคบ D ท่เี หมาะสม จะ
ทำให้เกดิ ความตา่ งศักยเ์ ปลย่ี นคา่ ท่ีมีความถีส่ งู ท่ชี ่องแคบ D ส่นั พ้องเท่ากับความถ่ีของกระแสไฟฟ้าที่
ช่องแคบ G และทำใหเ้ กิดสนามไฟฟ้าความเข้มสงู มากจนอากาศระหว่างช่องแคบ D แตกตวั เป็นไอออน
ทำให้มกี ระแสไฟฟา้ ผ่านช่องแคบ D เปน็ ประกายไฟฟ้าดังท่ีเหน็

การทดลองและคำอธบิ ายดงั กล่าวจึงสนบั สนุนทฤษฎคี ลืน่ แมเ่ หลก็ ไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ และ
นอกจากน้เี ฮริ ตซย์ ังได้ทำการทดลอง จนได้ผลสรุปว่า คล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟ้ามีอตั ราเรว็ เทา่ กับอตั ราเร็ว
ของแสง

16.2 การแผ่คลนื่ แม่เหล็กไฟฟา้ จากสายอากาศ

ทฤษฎขี องแมกซ์เวลลแ์ ละการทดลองของเฮติ ซ์ทำให้ทราบว่าธรรมชาตมิ คี ลื่นแม่เหล็กไฟฟา้ จรงิ
และคล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟา้ เกิดจากการเคล่ือนที่ของประจุไฟฟ้าทถี่ กู เร่ง เช่น อาจเกิดจากการเคลื่อนท่ีแบบ
ฮารม์ อนิกอย่างง่ายของประจุไฟฟา้ ในสายอากาศท่ีต่อกบั แหลง่ กำเนดิ ไฟฟ้ากระแสสลับแทนการปดิ เปิด
สวิตชไ์ ฟฟา้ กระแสตรงจากแบตเตอร่ี

เมอ่ื ตอ่ แหลง่ กำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเข้ากบั สายอากาศท่อี ยู่ในแนวด่ิง ประจุไฟฟา้ ใน สายอากาศ
จะเคลื่อนที่กลับไปกลับมาดว้ ยความเรง่ ในแนวดง่ิ เน่ืองจากประจุไฟฟา้ ท่ีมีความเรง่ จะแผค่ ลื่น
แมเ่ หลก็ ไฟฟ้าออกรอบตัว จงึ ทำใหเ้ กดิ คลนื่ แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ กระจายออกมาจาก สายอากาศทกุ ทิศทาง
ยกเวน้ ทิศทางที่อยใู่ นแนวเส้นตรงเดียวกับสายอากาศ การเกิดคล่ืน แม่เหล็กไฟฟา้ ในทศิ ทางตัง้ ฉากกบั
สายอากาศ

สำหรับสนามแม่เหลก็ ⃑ จะถูกเหน่ยี วนำใหเ้ กิดขึน้ ในทนั ทีที่มสี นามไฟฟ้า ⃑ เกดิ ขึ้น สนามทง้ั สองจะ
มีการเปล่ียนแปลงด้วยเฟสตรงกัน ถ้าสนามไฟฟา้ เป็นศูนย์สนามแม่เหล็กก็เป็นศนู ย์ดว้ ย ทิศทางของ
สนามไฟฟา้ และสนามแมเ่ หล็กจะตง้ั ฉากซึ่งกันและกนั ขณะเดียวกนั ทิศทางของสนามทง้ั สองก็ต้ังฉากกับ
ทศิ ทางของความเร็วในการเคลอ่ื นทีข่ องคล่นื แม่เหล็กไฟฟ้าด้วย คลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟ้าจงึ เป็นคล่นื ตาม

ขวาง

สรปุ สมบตั ิของคลืน่ แมเ่ หล็กไฟฟ้า ได้ดังน้ี
1. สนามไฟฟ้า E และสนามแมเ่ หลก็ 5 มีทิศทางต้ังฉากซงึ่ กันและกัน และตง้ั ฉากกับทิศทางการ
เคลื่อนท่ีของคล่นื แม่เหล็กไฟฟา้ เสมอ ดังน้ันคลืน่ แมเ่ หล็กไฟฟา้ จงึ เป็นคลนื่ ตามขวาง
2. สนามไฟฟ้า E และสนามแมเ่ หล็ก B เปน็ ฟังก์ชันรปู ไซน์ และสนามท้งั สองจะเปลี่ยนแปลง
ตามเวลาด้วยความถ่ีเดยี วกันและเฟสตรงกนั

นกั วิทยาศาสตรไ์ ดท้ ดลองศกึ ษาสมบัติของคล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟ้าและพบวา่ มสี มบตั เิ หมือนคล่นื ตามขวาง
ทวั่ ไป ได้แก่ การสะท้อน การหักเห การแทรกสอด การเล้ยี วเบน

16.3 สเปกตรมั คล่นื แม่เหล็กไฟฟ้า
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในการทดลองของเฮริ ตซ์มีความยาวคลน่ื ประมาณ 2.8 เมตรหรือมีความถี่

ประมาณ 108 เฮิรตซ์ จึงอาจสงสัยว่าคลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้าในธรรมชาติมเี ฉพาะบางความถ่เี ท่านัน้ หรือว่า
มหี ลายความถี่ ในปัจจุบนั ได้มีการศกึ ษาจนทราบวา่ คลน่ื แมเ่ หล็กไฟฟา้ มีความถีต่ า่ งๆ มากมายและเป็น
ความถี่ต่อเน่อื งกนั เปน็ ชว่ งกว้าง คลนื่ แม่เหลก็ ไฟฟ้าท่ีมคี วามถี่ต่างๆ เหล่าน้เี รยี กรวมกนั ว่า สเปกตรมั
คลืน่ แมเ่ หล็กไฟฟา้ (electromagnetic spectrum) ดงั รปู

เมอื่ พจิ ารณาสเปกตรัมคลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้า จะเหน็ คลื่นแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ท่ีมีชื่อเรยี กตา่ งๆกันทัง้ นี้ขน้ึ กบั
แหลง่ กำเนิดและวิธีตรวจวัดคลืน่ นน้ั คลื่นในความถ่ีบางช่วงมีช่ือเรียกไม่เหมือนกัน ทัง้ ๆท่ีมีความถ่ี

เดยี วกนั เน่อื งจากมแี หล่งกำเนิดคลน่ื ตา่ งกนั เช่น รังสบี างความถอ่ี าจจะเรยี กเปน็ รังสอี ลั ตราไวโอเลต
หรอื รังสีเอกซก์ ็ได้ ขึน้ กบั วธิ ที ีใ่ ช้ผลติ รงั สนี ้นั ๆ

คล่นื แม่เหล็กไฟฟา้ ในแต่ละช่วงความถจ่ี ะมเี อกลักษณ์ท่ีแตกตา่ งกนั และคลื่นแม่เหลก็ ไฟฟ้าชนิด
ตา่ งๆ ในสเปกตรัม แม้มีแหลง่ กำเนิดและการตรวจวดั ทแ่ี ตกต่างกัน แตท่ ุกคลืน่ กม็ ีสมบตั ิท่ีสำคญั
เหมอื นกัน คือ เคลื่อนท่ีไปในสุญญากาศด้วยความเร็วแสง คอื 3.00 x 108 เมตรต่อวินาที และมกี าร
ส่งผา่ นพลงั งานไปพร้อมกับคลน่ื

คลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟ้าในธรรมชาติและคลนื่ แม่เหลก็ ไฟฟ้าทม่ี นุษย์สรา้ งขน้ึ เพื่ออำนวยประโยชนใ์ นการ
ดำรงชีพน้นั มคี วามถต่ี า่ งๆ กัน ซึง่ จะได้ศึกษาต่อไป

16.3.1 คล่นื วิทยุ

ถ้าพจิ ารณาจากสเปกตรมั คลื่นแมเ่ หล็กไฟฟา้ จะเห็นวา่ คลน่ื วิทยมุ คี วามถ่ีอยู่ในช่วง 106 ถงึ
109 เฮิรตซ์ คลืน่ ช่วงนใ้ี ช้ในการส่งข่าวสารและสาระบันเทิงไปยังผ้รู บั สำหรับคล่นื วิทยคุ วามถ่ีตง้ั แต่
530 ถึง 1600 กโิ ลเฮริ ตซ์ ทีส่ ถานีวิทยสุ ง่ ออกอากาศในระบบเอเอม็ (AM : amplitude modulation)
เปน็ การสือ่ สารโดยการผสม (modulate) คล่นื สญั ญาณไฟฟ้าของเสยี งเข้ากบั คล่นื วทิ ยซุ ึ่งเรยี กว่า คลนื่
พาหะ (carrier wave) และสัญญาณไฟฟา้ ของเสียงจะบงั คับใหแ้ อมพลิจูดของคล่ืนพาหะเปลี่ยนแปลงไป

เม่ือคลน่ื วทิ ยุที่ผสมสญั ญาณไฟฟา้ ของเสยี งกระจายออกจากสายอากาศไปยงั เครอื่ งรับวิทยุ
เคร่อื งรับวทิ ยจุ ะทำหน้าทแี่ ยกสัญญาณไฟฟ้าของเสยี ง (ซึง่ อยใู่ นรูปของสัญญาณไฟฟ้า) ออกจากสญั ญาณ
คลนื่ วิทยุ แล้วขยายใหม้ ีแอมพลิจดู สงู ขน้ึ เพื่อสง่ ใหล้ ำโพงแปลงสญั ญาณไฟฟ้าของเสยี งออกมาเปน็ เสียง
ท่หี ูรับฟังได้

ในการกระจายเสียงคลนื่ วิทยุระบบเอเอ็มออกอากาศนัน้ นอกจากจะใชค้ ลนื่ ท่มี ีความถข่ี นาด
530 ถงึ 1600 กิโลเฮริ ตซ์ แล้วยงั มีคลื่นท่ีมีช่วงความถี่ต่ำกว่านี้ ซ่งึ เรียกว่าคล่ืนยาว (long waves) และ
คลื่นทมี่ คี วามถ่สี งู กวา่ น้ี ซึง่ เรียกว่า คลืน่ ส้นั (short waves) การส่งระบบเอเอ็มเป็นการผสมคล่ืนโดย
ใหแ้ อมพลิจูดของคลนื่ พาหะเปลยี่ นแปลงตามสัญญาณไฟฟ้าของเสยี งขณะคลื่นวิทยุเคล่ือนทไ่ี ปใน
บรรยากาศ เม่ือเจอกับปรากฎการณ์ฟา้ แลบหรือฟ้าผา่ ซึ่งสามารถทำใหเ้ กดิ คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้าได้ คลนื่
ใหมท่ ่ีเกิดขึ้นนี้จงึ สามารถรวมกบั คล่ืนวิทยุทสี่ ่งมาในระบบเอเอ็ม ทำให้เกดิ สญั ญาณรบกวนขน้ึ

การส่งคลน่ื วิทยุอกี ระบบหนงึ่ เรียกวา่ ระบบเอฟเอ็ม (FM : frequency modulation) เป็น
การผสมสัญญาณไฟฟ้าของเสียงเขา้ กบั คลืน่ พาหะ โดยใหค้ วามถ่ขี องคลื่นพาหะเปลีย่ นแปลงตาม
สัญญาณไฟฟ้าของเสียง

การส่งคลื่นในระบบเอฟเอ็มถกู กำหนดให้อยู่ในช่วงความถ่จี าก 88 ถงึ 108 เมกะเฮริ ตซ์ หรอื
ความยาวคลืน่ ตั้งแต่ 2.8 ถึง 3.4 เมตร ระบบการส่งคลนื่ แบบเอเอ็มและเอฟเอ็มต่างกันทวี่ ิธีการผสมคลื่น
ดังน้นั เครื่องรับวิทยรุ ะบบเอเอ็มกับเอฟเอ็มจึงไม่สามารถรับคลืน่ วิทยุของอีกระบบหนึ่งได้

คล่นื วทิ ยุมีสมบตั ิท่ีน่าสนใจอีกประการหนึ่ง คือ คลื่นวทิ ยุบางชว่ งสามารถสะท้อนได้ทบ่ี รรยากาศชัน้
ไอโอโนสเฟยี ร์ เพราะบรรยากาศในช้ันนีป้ ระกอบด้วยอนุภาคทีม่ ีประจุไฟฟา้ เปน็ จำนวนมาก ดังน้ันเม่ือ
คลืน่ วิทยุเคลื่อนที่มากระทบจะสะท้อนกลับสู่ผิวโลกอีก สมบัติข้อน้ีทำให้สามารถใชค้ ลื่นวิทยุในการ
ส่ือสารเป็นระยะทางไกลๆ ได้ แตถ่ ้าเปน็ คล่ืนวทิ ยทุ ่ีมคี วามถส่ี ูงสมบตั ิการสะท้อนดงั กลา่ วจะเกิดได้
นอ้ ยลง

ในการสง่ กระจายเสียงดว้ ยคล่นื วทิ ยรุ ะบบเอเอ็ม คล่นื สามารถเดนิ ทางถึงเครอื่ งรับวิทยไุ ดส้ อง
ทาง คอื เคล่อื นท่ีไปตรงๆ ในระดบั สายตา ซึง่ เรยี กว่า คล่ืนดิน (ground wave) และคล่ืนที่สะท้อน
กลบั ลงมาจากชน้ั ไอโอโนสเฟียร์ ซ่ึงเรียกวา่ คลน่ื ฟ้า (sky wave) ส่วนคล่ืนวทิ ยุระบบเอฟเอ็มซึง่ มี
ความถ่ีสูงจะมีการสะท้อนท่ชี ั้นไอโอโนสเฟียรน์ ้อย ดังน้นั ถ้าตอ้ งการส่งกระจายเสียงด้วยระบบเอฟเอ็มให้
ครอบคลุมพน้ื ท่ีไกลๆ จงึ ตอ้ งมีสถานีถ่ายทอดเป็นระยะๆ และผูร้ ับต้องตง้ั สายอากาศให้สูงขน้ั ไฮโอโน
ละเฟยี รค์ ล่นื ฟา้

ในขณะทีค่ ล่ืนวิทยุเคลอื่ นท่ีผ่านสิง่ กีดขวางทีม่ ีขนาดใกล้เคียงความยาวคลนื่ จะมีการเลย้ี วเบน
เกดิ ขึน้ ทำใหค้ ลน่ื วทิ ยอุ ้อมผ่านไปได้ แต่ถา้ ส่งิ กีดขวางมีขนาดใหญ่มาก เช่น ภูเขา คลืน่ วทิ ยทุ ่ีมีความยาว
คลื่นสัน้ จะไมส่ ามารถออ้ มผ่านภูเขาไปได้ ทำให้ด้านตรงขา้ มของภเู ขาเป็นจดุ ปลอดคลื่น

โลหะมสี มบัติสามารถสะท้อนและดูดกลืนคล่ืนแมเ่ หล็กไฟฟา้ ไดด้ ี ดงั น้ันคลน่ื วิทยุจะทะลผุ า่ น
เข้าไปถึงภายในโลหะได้ยาก

ในการสง่ กระจายเสียง สถานีสง่ คลนื่ วิทยแุ ตล่ ะแหง่ จะใช้คลน่ื วิทยุท่ีมีความถ่ีเฉพาะคา่ หน่ึง
เพราะถา้ ใช้คลืน่ วิทยุท่ีมีความถเี่ ดียวกนั คลื่นวทิ ยุจะเขา้ ไปในเครอ่ื งรบั วทิ ยุพรอ้ มกันและเกิดเสียงรบกวน
กัน แตถ่ ้าสถานสี ่งคล่นื วิทยอุ ยู่ห่างกันมากๆ จนคลืน่ วทิ ยขุ องสถานีทั้งสองไมส่ ามารถรบกวนกนั ได้ สถานี
ทัง้ สองอาจใชค้ วามถี่เดียวกันได้

16.3.1 คล่ืนโทรทศั น์

คลืน่ โทรทศั น์มคี วามถ่ีประมาณ 108 เฮิรตซ์ คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้าที่มีความถส่ี งู ขนาดนี้จะไม่
สะท้อนท่ชี ั้นไอโอโนสเฟยี ร์ แต่จะทะลุผ่านช้ันบรรยากาศไปนอกโลก ดงั นนั้ ในการสง่ คลื่นโทรทศั น์ไป
ไกลๆ จะต้องใช้สถานีถ่ายทอดคลื่นเปน็ ระยะๆ เพื่อรับคล่ืนโทรทัศน์จากสถานสี ง่ ซง่ึ มาในแนวเสน้ ตรง
แล้วขยายให้สัญญาณแรงขนึ้ ก่อนทจ่ี ะส่งไปยงั สถานที ่ีอยถู่ ดั ไป เพราะสญั ญาณเดนิ ทางเป็นเส้นตรง
ดังน้นั สัญญาณจะไปไดไ้ กลสุดเพยี งประมาณ 80 กโิ ลเมตร บนผวิ โลกเทา่ นน้ั ท้ังนเ้ี พราะผิวโลกโค้ง หรอื
อาจใชค้ ลื่นไมโครเวฟนำสัญญาณจากสถานสี ง่ ไปยังดาวเทยี ม ซ่งึ โคจรอยู่ในวงโคจรท่ีตำแหนง่ หยดุ นงิ่

เม่ือเทยี บกบั ตำแหน่งหนง่ึ ๆ บนผิวโลก น่นั คอื ดาวเทยี มมีอัตราเรว็ เชิงมมุ เดยี วกับอัตราเร็วในการ
หมุนรอบตวั เองของโลก จากนนั้ ดาวเทยี มกจ็ ะส่งคลืน่ ต่อไปยงั สถานรี บั ที่อยไู่ กลๆ ได้

เพราะคลน่ื โทรทศั น์ทม่ี คี วามยาวคลนื่ ส้ัน ไม่สามารถเล้ียวเบนอ้อมผ่านสง่ิ กีดขวางขนาดใหญ่ได้
ดงั น้ันเม่อื คล่นื โทรทศั น์กระทบรถยนต์หรือเครื่องบิน จะสะท้อนไปแทรกสอดกับคลื่นท่สี ่งตรงมาจาก
สถานีแล้วเขา้ เครื่องรบั สญั ญาณทำให้เกิดภาพซ้อนในจอภาพ ฉะนน้ั เพื่อให้ได้ภาพคมชัดเจน ปัจจุบันจงึ
นยิ มใชร้ ะบบสง่ สญั ญาณโทรทัศนต์ ามสาย

16.3.3 คลื่นไมโครเวฟ

คลนื่ ไมโครเวฟ (microwave) เป็นคล่นื แม่เหลก็ ไฟฟา้ มีความยาวคลน่ื ตง้ั แต่ 10−3 ถงึ 0.3
เมตรโดยประมาณหรอื อยู่ในช่วงความถตี่ ง้ั แต่ 1 x 109 ถึง 3 x 1011 เฮติ ซ์ ซง่ึ สามารถนำคลื่นไมโครเวฟ
ไปใช้ในการส่ือสารได้

ในปัจจุบนั มนุษยใ์ ช้คล่นื ไมโครเวฟในการทำอาหาร เปิดปิดประตโู รงรถ ถา่ ยภาพพ้ืนผวิ ดาว
เคราะห์ ศึกษาการกำเนิดจักรวาล เนือ่ งจากคลื่นไมโครเวฟสะทอ้ นจากผิวโลหะได้ดี ดงั นั้นจึงมกี ารนำ
สมบตั นิ ีไ้ ปใชป้ ระโยชน์ในการตรวจหาตำแหน่งของอากาศยาน ตรวจจับอตั ราเรว็ ของรถยนต์ ซง่ึ อุปกรณ์
ดงั กลา่ วเรยี กวา่ เรดาร์ (radar)

ในการตรวจหาตำแหน่งของวตั ถุดว้ ยเรดาร์ อาศยั การสง่ คลน่ื ไมโครเวฟออกจากแหลง่ กำเนดิ เปน็
หว้ งๆ และรับคล่นื ทีส่ ะทอ้ นกลับจากวัตถนุ ้นั เพ่ือหาว่าวัตถุน้นั อยหู่ ่างจากแหลง่ กำเนิดคล่ืนเปน็ ระยะทาง
เท่าใดและทศิ ทางไหน ตามปกติคลื่นไมโครเวฟท่ีสง่ ออกจากแหลง่ กำเนิดจะถูกส่งออกเป็นลำคลื่นขนาน
โดยให้แหล่งกำเนิดคลนื่ อย่ทู ีจ่ ุดโฟกัสของจานพาราโบลา เพ่ือใหค้ ลน่ื กระจายออกเปน็ ลำขนาน คลา้ ยกบั
ลำแสงจากหลอดไฟฉายทส่ี ะทอ้ นจากจานพารโบลา เม่ือคล่นื ไมโครเวฟไปตกกระทบวัตถุหรือโลหะจะ
สะท้อนกลับมาสจู่ านพาราโบลา แล้วสะทอ้ นไปรวมกนั ทจี่ ุดโฟกัสของจานซึง่ มีเครื่องรับไมโครเวฟตดิ
ต้งั อยู่ เม่ือทราบอัตราเร็วคลื่นและเวลาที่ส่งคล่นื ออกไปและรับคลื่นกลบั มา จะสามารถหาระยะท่ีวัตถนุ ั้น
อยหู่ า่ งจากแหลง่ กำเนิดคลืน่ ได้

16.3.4 รังสีอนิ ฟราเรด

คล่นื แม่เหลก็ ไฟฟา้ ทมี่ ีความถี่ในชว่ ง 1011 ถึง 1014 เฮิรตซ์ หรอื ความยาวคล่ืนต้ังแต่ 1 ถึง 1000
ไมโครเมตรเรียกวา่ รังสอี ินฟราเรด (infrared) ซึง่ สามารถแบง่ เป็น 3 ชว่ ง คือ อนิ ฟราเรดใกล้ (0.7 ถึง
1.5 ไมโครเมตร) อินฟราเรดปานกลาง (1.5 ถึง 4.0 ไมโครเมตร) และอนิ ฟราเรดไกล (4.0 ถึง 1000
ไมโครเมตร) จะเหน็ ว่ารังสอี ินฟราเรดมาี นความถี่คาบเกี่ยวกบั คลนื่ ไมโครเวฟ วตั ถรุ อ้ นจะแผ่รังสี
อินฟราเรดทม่ี ีความยาวคล่ืนสั้นกวา่ 100 ไมโครเมตร ประสาทสัมผสั ทางผวิ หนังของมนุษยส์ ามารถรับ
รังสีอินฟราเรดท่ีมีความยาวคลืน่ บางชว่ งได้ ฟิลม์ ถ่ายรปู บางชนิดกส็ ามารถตรวจจับรงั สีอินฟราเรดได้

ตามปกติสิ่งมชี วี ติ ทกุ ชนดิ จะแผร่ ังสอี ินฟราเรดตลอดเวลา และรงั สีอินฟราเรดสามารถทะลุผ่านเมฆหมอก
ทีห่ นาทบึ เกินกวา่ ทแ่ี สงธรรมดาจะผ่านได้ นักเทคโนโลยีจึงอาศัยสมบัตนิ ้ีในการถา่ ยภาพพนื้ โลกจาก
ดาวเทียมเพ่ือศึกษาการแปรสภาพของปา่ ไมห้ รือการอพยพเคล่ือนย้ายของฝูงสัตว์ เป็นตน้

รงั สอี นิ ฟราเรดมีใชใ้ นระบบควบคุมทเ่ี รยี กวา่ รโี มทคอนโทรล (remote control) หรือการ
ควบคุมระยะไกล เชน่ การควบคุมการทำงานของเครื่องรับโทรทัศน์จากระยะไกล การปิดเปิดเครอ่ื ง การ
เปลย่ี นช่อง เป็นตน้ ในกรณีน้ีรงั สอี นิ ฟราเรดจะเปน็ ตวั นำคำสั่งจากอปุ กรณ์ควบคุมไปยงั เครื่องรบั
โทรทศั น์ นอกจากนีใ้ นการทหารก็มีการนำรังสีอินฟราเรดมาใช้ควบคมุ อาวุธนำวิถใี หเ้ คล่ือนไปยงั
เป้าหมายได้อยา่ งแมน่ ยำ

เทคโนโลยปี จั จุบันใช้การส่งสัญญาณดว้ ย เส้นใยนำแสง (optical fiber ) และคล่ืนทเ่ี ปน็ พาหะนำ
สัญญาณ คือ รงั สีอินฟราเรด เพราะการใช้แสงธรรมดานำสัญญาณอาจถูกรบกวนโดยแสงภายนอกไดง้ ่าย

16.3.5 แสง

แสงเป็นคล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้าท่ีมีความถ่ีโดยประมาณต้งั แต่ 4 x 1014 ถึง 8 x 1014 เฮริ ตซ์หรือมี
ความยาวคลื่นในชว่ ง 400 ถึง 700 นาโนเมตร ประสาทตาของมนษุ ยไ์ วต่อคล่ืนแมเ่ หลก็ ไฟฟ้าชว่ งนีม้ าก
วตั ถุท่มี อี ุณหภมู สิ งู มากๆ เชน่ ไสห้ ลอดไฟฟ้าท่มี ีอุณหภูมสิ ูงสุดประมาณ 3000 เคลวิน (รปู 16.16) หรือ
ผวิ ดวงอาทติ ยท์ มี่ ีอุณหภมู ิประมาณ 6000 เคลวิน จะเปลง่ แสงได้ สำหรบั แสงท่ีมคี วามยาวคลน่ื ประมาณ
700 นาโนเมตร ประสาทตาจะรบั ร้เู ปน็ แสงสีแดง สว่ นแสงทม่ี คี วามยาวคลนื่ น้อยกว่า ประสาทตาจะ
รบั รเู้ ป็นแสงสสี ม้ เหลอื ง เขียว นำ้ เงนิ ตามลำดบั จนถึงแสงสีม่วงซึง่ มคี วามยาวคล่นื ประมาณ 400 นาโน
เมตร เมื่อรวมแสงสตี า่ งๆ ที่กล่าวมานี้ ดว้ ยปริมาณทเ่ี หมาะสมจะเปน็ แสงสีขาว

แสงสว่ นใหญเ่ กิดจากวัตถุทม่ี ีอุณหภูมิสูงมากและมีพร้อมกันหลายความถ่ี เม่ืออณุ หภมู ิยงิ่ สงู
พลงั งานของแสงท่มี ีความถีส่ งู จะยงิ่ มาก แตแ่ สงอาจเกิดโดยไม่ต้องอาศยั ความร้อนโดยตรงก็ได้

แสงเปน็ คลืน่ แมเ่ หล็กไฟฟ้าเช่นเดียวกบั คลนื่ วิทยุ ดงั น้ันอาจใชแ้ สงเป็นคลน่ื พาหะนำข่าวสารในการ
สอื่ สารไดเ้ ชน่ เดยี วกับการใชค้ ล่นื วิทยุและคลื่นโทรทัศนเ์ ป็นพาหะนำเสยี งดงั ท่ีได้กล่าวมาแลว้ เหตุท่ีไม่
สามารถใชแ้ สงทเี่ กิดจากวัตถุร้อนเปน็ คลนื่ พาหะเพราะวา่ แสงเหลา่ นี้มหี ลายความถ่แี ละเฟสทไ่ี ม่แนน่ อน
ปัจจุบันเรามเี คร่ืองกำเนิดเลเซอร์ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดแสงอาพนั ธท์ ใ่ี ห้แสงได้ โดยมีผทู้ ดลองผสม
สญั ญาณเสียงและภาพกบั เลเซอรไ์ ดส้ ำเร็จ นอกจากใชเ้ ลเซอรใ์ นการส่ือสารแล้ว ยังใช้ในวงการต่างๆ ได้
อย่างกวา้ งขวาง เช่น วงการแพทยใ์ ช้ในการผ่าตัดนยั นต์ า เป็นตน้

เลเซอรเ์ ขียนภาษาอังกฤษวา่ LASER ซงึ่ ย่อมาจาก Light Amplifcation by Stimulated
Emission of Radiation ทแี่ ปลเปน็ ภาษาไทยได้วา่ "การขยายสัญญาณแสงโดยการปล่อยรังสแี บบเร่ง
เร้า" เพราะแสงเลเซอรเ์ ปน็ คลื่นแมเ่ หลก็ ไฟฟ้าท่ีได้จากกระบวนการปลอ่ ยรงั สแี บบเร่งเร้าและสญั ญาณ
แสงถกู ทำใหค้ วามเขม้ แสงเพ่ิมมากขึ้น

16.3.6 รังสีอลั ตราไวโอเลต

คลืน่ แมเ่ หล็กไฟฟ้าท่ีมีความถี่สูงกวา่ แสงคอื มีความถ่ีอยูใ่ นชว่ ง 1015 ถึง 1018 เฮริ ตซ์ เรียกว่า
รงั สีอลั ตราไว้โอเลต (ultra violet) หรือรังสเี หนือมว่ ง รังสอี ลั ตราไวโอเลตที่มใี นธรรมชาติสว่ นใหญ่มา
จากดวงอาทิตย์ และรงั สนี ้ีทำใหบ้ รรยากาศช้ันไอโอโนสเฟียรม์ ปี ระจอุ สิ ระและไอออน เพราะรงั สี
อัลตราไวโอเลตมีพลงั งานสงู พอท่ีจะทำให้อิเล็กตรอนหลุดจากโมเลกุลของอากาศ โดยช้นั บรรยากาศไอ
โอโนสเฟียร์มีโมเลกลุ หลายชนดิ เชน่ โอโซนซง่ึ สามารถก้ันรังสีอัลตราไวโอเลตไดด้ ี ปกติรงั สี
อลั ตราไวโอเลตไมส่ ามารถทะลุผา่ นสงิ่ กีดขวางทห่ี นาได้ แต่สามารถฆา่ เชื้อโรคบางชนดิ ได้ ในวงการ
แพทยจ์ งึ ใช้รงั สอี ลั ตราไวโอเลตในปรมิ าณพอเหมาะรักษาโรคผิวหนงั บางชนิด แต่ถ้ารงั สีอัลตราไวโอเลต
จากดวงอาทติ ยส์ ง่ ลงมาถงึ พื้นโลกในประเทศใดมากเกินไป ประชากรในประเทศนั้นอาจเป็นมะเรง็
ผวิ หนังได้ ถา้ ไดร้ บั รงั สนี ี้ในปริมาณมากเกนิ ควร

16.3.7 รงั สีเอกซ์

คลน่ื แม่เหล็กไฟฟ้าที่มคี วามถี่อยู่ในช่วง 1017 ถงึ 1021 เฮิรตซ์หรอื ความยาวคล่นื อยรู่ ะหว่าง
10−13 ถงึ 10−9 เมตร มกั เรียกรวมกันว่า รงั สีเอกซ์ (x-ray) วธิ ีหนึง่ ใชใ้ นการผลิต รงั สเี อกซ์ คือ การ
หนว่ งความเร็วของอเิ ลก็ ตรอนโดยให้กระแสอิเลก็ ตรอนชนเป้าโลหะ

รังสเี อกซส์ ามารถทะลุผ่านสิ่งกีดขวางหนาๆ ได้ ดงั นัน้ ในวงการอุตสาหกรรมจงึ ใช้รงั สีเอกซ์
ตรวจหารอยร้าวภายในชิ้นสว่ นโลหะขนาดใหญ่ เจ้าหนา้ ท่ีด่านตรวจก็ใชร้ ังสีเอกซ์ตรวจหาอาวุธปืนหรือ
วัตถรุ ะเบิดในกระเป๋าเดนิ ทางโดยไม่ตอ้ งเปดิ กระเปา๋ โดยอาศยั หลกั การวา่ รงั สเี อกซจ์ ะถูกขวางกน้ั โดย
อะตอมของธาตหุ นักไดด้ กี วา่ ธาตุเบา นอกจากน้ีแพทย์ใช้วิธฉี ายรังสีเอกซ์ผ่านรา่ งกายคนไปตกบนฟิลม์
เพอื่ ตรวจดลู กั ษณะผดิ ปกติของอวยั วะภายในและกระดูก

เมื่อฉายรังสีเอกซ์ที่มีความยาวคล่ืนประมาณ 1 นาโนเมตร ผา่ นผลกึ ท่อี ะตอมจัดเรยี งตัวกนั อย่าง
เป็นระเบยี บ รงั สเี อ็กซ์ท่ีมีความยาวคล่ืนใกล้เคยี งกับขนาดและระยะหา่ งระหวา่ งอะตอมของผลึก เม่ือ
ผ่านผลกึ จะเกดิ ปรากฏการณ์เลีย้ วเบนเชน่ เดียวกับเมือ่ แสงผา่ นเกรตตงิ ทำใหส้ ามารถคำนวณหา
ระยะหา่ งระหวา่ งอะตอมและลกั ษณะการจดั เรยี งตัวของอะตอม จงึ ทำใหท้ ราบโครงสร้างของผลึกแต่ละ
ชนิดได้

16.3.8 รงั สีแกมมา

รงั สีแกมมา (gamma ray) เป็นคล่นื แม่เหลก็ ไฟฟา้ ที่มคี วามถี่สูงกวา่ รังสีเอกซ์ แต่เดิมรงั สี
แกมมาเปน็ ชือ่ เรียกคล่นื แม่เหล็กไฟฟ้าความถส่ี ูงที่เกิดจากการสลายของนวิ เคลยี สของธาตุกมั มันตรังสี
แต่ในปจั จุบนั คล่นื แมเ่ หล็กไฟฟ้าใดๆ ที่มคี วามถ่สี ูงกวา่ รงั สเี อกซ์โดยท่วั ไปจะเรยี กว่ารงั สีแกมมา ท้ังนัน้
ปฏกิ ิริยานวิ เคลียร์บางปฏิกิริยาปลดปล่อยรังสีแกมมา การระเบิดของลกู ระเบดิ นวิ เคลียร์กใ็ หร้ งั สีแกมมา

ปริมาณมาก การทีร่ งั สีน้ีมคี วามถี่สงู จึงทำให้รงั สีนเี้ ปน็ อันตรายต่อสง่ิ มีชวี ิตทุกชนดิ นอกจากนย้ี ังมรี ังสี
แกมมาทไ่ี มไ่ ด้เกดิ จากการสลายของนวิ เคลียสของธาตุกัมมันตรังสี เชน่ รังสีแกมมาที่มาจากอวกาศและ
รงั สีคอสมิกนอกโลกอนุภาคประจไุ ฟฟา้ ทถี่ ูกเรง่ ในเครือ่ งเร่งอนภุ าค กส็ ามารถให้กำเนิดรังสแี กมมาได้

16.4 โพลาไรเซชันของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

สายอากาศโทรทศั นท์ ่ีอยูใ่ นแนวดงิ่ เม่อื ส่งคลนื่ แมเ่ หลก็ ไฟฟ้าออกไป สนามไฟฟ้าจะเปลยี่ นแปลง
ทศิ ทางกลับไปกลับมาในแนวดิง่ เสมอ จงึ กลา่ วว่าคลืน่ แม่เหล็กไฟฟา้ น้เี ป็น คล่ืนโพลาไรส์ (polarized
wave) ในแนวดง่ิ สำหรบั สายอากาศที่อยใู่ นแนวระดับ เมื่อสง่ คล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้าออกไปสนามไฟฟ้าจะ
เปลย่ี นแปลงทศิ ทางกลบั ไปกลบั มาในแนวระดบั กล่าวคอื เปน็ คล่ืนโพลาไรส์ในแนวระดับ

คลื่นแมเ่ หลก็ ไฟฟ้าที่สนามไฟฟา้ เปล่ยี นแปลงทศิ ทางกลับไปกลบั มาในแนวดิง่ ซง่ึ อยู่ในแนวเดียวกับ
แกน y ระนาบของเวกเตอร์ ⃑ เรียกว่า ระนาบการเปล่ียนแปลงทิศทางกลบั ไปกลบั มาของคลนื่ ด้วยเหตุ
นจ้ี งึ กลา่ วว่า คลื่นนม้ี รี ะนาบโพลาไรสเ์ ชงิ ระนาบ เราสามารถแทนโพลาไรเซชนั ของคลืน่ (สภาวะการเป็น
คล่ืนโพลาไรส์) โดยแสดงทิศทางการเปล่ยี นแปลงกลบั ไปกลบั มาของสนามไฟฟา้ ลกู ศรทัง้ สอแสดงการ
เปลย่ี นแปลงกลบั ไปกลับมาของทิศทางสนามไฟฟา้ ⃑ ในทศิ ทางพุง่ ข้นึ และพงุ่ ลงในแนวแกน y

16.4.1 โพลาไรเซชันของแสง

เราทราบแล้วว่า คลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้าทสี่ ง่ ออกมาจากสายอากาศโทรทศั นเ์ ป็นคลน่ื โพลาไรส์เพราะ
สนามไฟฟ้าเปลีย่ นทิศทางกลับไปกลบั มาในแนวเดยี วกนั เสมอ แสงก็เป็นคลื่นแม่เหลก็ ไฟฟา้ ดังนนั้ แสงมี
โพลาไรเซชนั หรือไม่

แหลง่ กำเนิดคลื่นแสงโดยทัว่ ไป เช่น ดวงอาทิตย์ หลอดไฟ เปลวไฟ จะปล่อยคล่ืนแมเ่ หล็กไฟฟ้า
(คล่ืนแสง) ซงึ่ สนามไฟฟ้ามที ิศทางตงั้ ฉากกบั ทิศทางการเคลอ่ื นทข่ี องคล่ืนเสมอไมว่ ่าคลื่นจะอยู่ ณ
ตำแหนง่ ใดแต่สนามไฟฟ้าของแสงที่ส่งออกมาจากแหลง่ กำเนดิ ดังกลา่ วมที ิศทางตา่ งๆ กันมากมาย
ดงั น้ันแสงจากแหลง่ กำเนดิ ดังกล่าวจึงเปน็ แสงไม่โพลาไรส์ (unpolarized light)

เม่ือแสงผ่านแผน่ โพลารอยด์ แสงท่สี นามไฟฟา้ มที ศิ ทางขนานกับทิศของโพลาไรส์สามารถผ่านแผ่น
โพลารอยด์ใด้ ส่วนแสงท่ีสนามไฟฟา้ มที ิศทางต้งั ฉากกบั ทศิ ของโพลาไรสจ์ ะถูกแผน่ โพลารอยด์ดูดกลืน

โพลาไรเซซนั โดยการสะท้อน
เมือ่ แสงไมโ่ พลาไรส์ตกกระทบผวิ วัตถุ ถา้ มมุ ตกกระทบ ( ทท่ี ำใหร้ ังสีสะทอ้ นทำมุม 90
องศากับรงั สหี กั เหในวัตถแุ ล้ว แสงสะท้อนจะเปน็ แสงโพลาไรสซ์ ึ่งมสี นามไฟฟา้ ต้ังฉากกบั ระนาบ
ของการสะท้อน เรียกมุมตกกระทบ ( ) นี้ว่า มุมโพลาไรส์ (polarizing angle)
หรอื มมุ บรูสเตอร์ (Brewster's angle)

โพลาไรเซซนั โดยการหกั เห
แสงทีผ่ า่ นแคลไซต์จะหกั เหออกเป็น 2 แนว (double refraction หรอื birefringence)
รงั สีหกั เหทัง้ สองแนวเป็นแสงโพลาไรส์

โพลาไรเซชนั โดยการกระเจงิ ของแสง
เม่ือแสงอาทติ ย์กระทบโมเลกุลอากาศ สนามไฟฟ้าของแสงจะทำให้อเิ ล็กตรอนในโมเลกุลสั่น
โดยแสงที่มีสนามไฟฟ้าในแนวระดับจะทำให้อิเลก็ ตรอนในโมเลกลุ อากาศเคลอ่ื นท่ีไปมาในแนว
ระดบั และในขณะเดยี วกนั สนามไฟฟา้ ในแนวดง่ิ ก็จะทำให้อเิ ลก็ ตรอนในโมเลกุลของอากาศ
เคลื่อนที่ไปมาในแนวดงิ่ อเิ ล็กตรอนท่ีเคล่ือนท่ีในแนวระดับจะใหแ้ สงโพลาไรส์ในแนวระดับ
สว่ นอิเลก็ ตรอนที่เคลือ่ นท่ใี นแนวด่ิงจะใหแ้ สงโพลาไรส์ในแนวดง่ิ เม่อื มองขึน้ ในแนวดิ่งจะเห็น
เป็นแสงโพลาไรส์ในแนวระดับ