66,818 Views
Favorite
พลังงานต่าง ๆ ในธรรมชาติสามารถเดินทางผ่านตัวกลางหรือปรากฏการณ์ที่หลากหลาย แต่พลังงานในประเภทหนึ่งถูกส่งผ่านทางปรากฏการณ์ที่เรียกว่าคลื่น (Wave) ซึ่งมีหลายรูปแบบในการส่ง แต่โดยทั่วไปสามารถแยกเป็นประเภทใหญ่ ๆ โดยใช้เกณฑ์ในการจำแนกคือตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านได้ 2 ประเภท คือ คลื่นกล และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยคลื่นกลคือคลื่นที่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ เช่น เสียง คลื่นน้ำ คลื่นในสปริง ขณะที่คลื่นอีกประเภทหนึ่งคือคลื่นที่ไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ เช่น คลื่นแสง คลื่นวิทยุ รวมเรียกว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นที่ไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ ดังจะสังเกตได้ เช่น แสงจากดวงอาทิตย์ ที่เดินทางผ่านอวกาศซึ่งมีบางช่วงเป็นสุญญากาศ ไม่มีตัวกลางที่จะส่งต่อพลังงานได้ แต่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างคลื่นแสงก็ยังสามารถส่งผ่านมายังผิวโลกได้โดยไม่ต้องมีตัวกลาง จึงนับได้ว่าคลื่นแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่ง เพราะเมื่อพิจารณาสมบัติของคลื่นทั้ง 4 ประการคือ สามารถสะท้อน หักเห เลี้ยวเบน และแทรกสอดได้ ซึ่งคลื่นแสงมีสมบัติครบทั้ง 4 ประการ เลยถือว่าแสงเป็นคลื่น ซึ่งไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการเดินทาง ดังนั้นจึงสรุปว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านั่นเอง
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ถูกค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวสก็อตช์ ชื่อว่า เจมส์ คลาร์ก แม็กซ์เวลล์ (James Clerk Mawell) ที่ทดลองหมุนขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้าผ่านอยู่ตัดกับสนามแม่เหล็ก จึงพบกับความสัมพันธ์ระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ซึ่งคลื่นทั้งสองชนิดมีระนาบที่ตัดกันเป็นมุมฉากและเคลื่อนที่ไปด้วยกัน ดังนั้น ทั้งคลื่นสนามแม่เหล็กและคลื่นสนามไฟฟ้า จะมีความยาวของคลื่นและความเร็วคลื่นเท่ากัน คือ เท่ากับความเร็วของแสง หรือมีความเร็วประมาณ 300 ล้านเมตรต่อวินาที ทำให้คลื่นแม่เหล็กและคลื่นไฟฟ้าเคลื่อนที่ไปพร้อม ๆ กัน
จากความรู้ทางด้านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านี้แสดงถึงความสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า โดยเฉพาะเกี่ยวกับไฟฟ้ากระแสสลับที่เราใช้กันตามอาคารบ้านเรือนในปัจจุบัน ก็เกิดจากการเคลื่อนที่ของขดลวดไฟฟ้าตัดกับสนามแม่เหล็ก (Generator) หรือ การเหนี่ยวนำทางไฟฟ้า ที่ใช้ปั่นกระแสไฟในเครื่องจักร เช่น รถยนต์ ก็อาศัยหลักการของการเคลื่อนที่ของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก
โดยนักวิทยศาสตร์ชาวอังกฤษ ชื่อว่า ไมเคิล ฟาราเดย์ (Michael Faraday) เป็นคนค้นพบการเหนี่ยวนำนี้ขึ้น โดยมีสมการการเหนี่ยวนำคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คือ
โดยที่ 
คือ แรงเคลื่อนไฟฟ้า มีหน่วยเป็นโวลต์ (Volt)
คือ ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านบริมเวณพื้นที่ปิด
t คือ เวลา มีหน่วยเป็นวินาที (s)
จากความรู้เกี่ยวกับสนามของแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าแล้ว จึงพัฒนาไปสู่การประดิษฐ์อุปกรณ์ที่อาศัยสมบัติของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าเพื่อเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าไปเป็นพลังงานกลอย่างมอเตอร์ (Motor) ที่เราพบในเครื่องใช้และอุปกรณ์ทางไฟฟ้าหลายชนิดในปัจจุบันเพื่อลดการทำงานของคนลงได้อย่างมหาศาล
การจัดจำแนกประเภทของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจึงสามารถแยกได้ตามความถี่ของคลื่น โดยเฉพาะที่สามารถมองเห็นได้ (Visible Light) จะมองเห็นเป็นสีต่าง ๆ ตามความยาวคลื่น แต่ถึงแม้จะมองไม่เห็นในบางช่วงความถี่ เนื่องจากไม่อยู่ในช่วงที่เซลล์ของดวงตามนุษย์จะสัมผัสได้ ก็ไม่ได้หมายความว่าจะไม่มีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น คลื่นอินฟราเรด (Infrared) คือคลื่นที่มีความถี่ต่ำกว่าแสงสีแดง มีพลังงานต่ำกว่า มักใช้งานในอุปกรณ์ส่งสัญญาณเช่น รีโมทคอนโทรล หรืออุปกรณ์รับส่งข้อมูลในยุคเริ่มต้น
ส่วนคลื่นที่มีความถี่สูง เช่น คลื่นอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet) หรือรังสีเหนือม่วง คือรังสีที่มีความถี่สูง มีพลังงานและอำนาจในการทะลุทะลวงสูง มักจะปะปนกับแสงแดด ทำให้เกิดมะเร็งผิวหนังได้
นอกจากนี้ยังมีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้ประโยชน์สำหรับส่งข้อมูลต่าง ๆ เช่น คลื่นวิทยุ คลื่นโทรทัศน์ คลื่นโทรศัพท์ ซึ่งเป็นคลื่นที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า แต่สามารถส่งต่อข้อมูลผ่านความถี่คลื่นจากเครื่องส่งไปยังเครื่องรับ ทำให้สามารถติดต่อสื่อสารกันได้อย่างสะดวกยิ่งขึ้น
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีทั้งอยู่ในธรรมชาติและเป็นคลื่นที่มนุษย์สร้างขึ้น แต่ละความถี่ก็มีประโยชน์และยังสามารถก่อให้เกิดอันตรายได้ ดังนั้นการรู้ประเภทของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ในสิ่งแวดล้อมของเรา จึงช่วยให้เราเข้าใจและสามารถใช้งานคลื่นเหล่านี้โดยปลอดภัยได้
