สมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า-ฟิสิกส์

สมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เกิดจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic disturbance) โดยการทำให้สนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กมีการเปลี่ยนแปลง เมื่อสนามไฟฟ้ามีการเปลี่ยนแปลงจะเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็ก หรือถ้าสนามแม่เหล็กมีการเปลี่ยนแปลงก็จะเหนี่ยวนำให้เกิดสนามไฟฟ้าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นตามขวาง ประกอบด้วยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่มีการสั่นในแนวตั้งฉากกัน และอยู่บนระนาบตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นที่เคลื่อนที่โดยไม่อาศัยตัวกลาง จึงสามารถเคลื่อนที่ในสุญญากาศได้สเปกตรัม (Spectrum) ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะประกอบด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่และความยาวคลื่นแตกต่างกัน ซึ่งครอบคลุมตั้งแต่ คลื่นแสงที่ตามองเห็น อัลตราไวโอเลต อินฟราเรด คลื่นวิทยุ โทรทัศน์ ไมโครเวฟ รังสีเอกซ์ รังสีแกมมา เป็นต้นดังนั้นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า จึงมีประโยชน์มากในการสื่อสารและโทรคมนาคม และทางการแพทย์

สมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า1. ไม่ต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่2. อัตราเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิดในสุญญากาศเท่ากับ 3×10⁸m/s ซึ่งเท่ากับ อัตราเร็วของแสง3. เป็นคลื่นตามขวาง4. ถ่ายเทพลังงานจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่ง5. ถูกปล่อยออกมาและถูกดูดกลืนได้โดยสสาร6. ไม่มีประจุไฟฟ้า7. คลื่นสามารถแทรกสอด สะท้อน หักเห และเลี้ยวเบนได้

ในช่วงเวลาก่อนศตวรรษที่ 19 มีการทดลองที่ยืนยันได้ว่าแสงมีพฤติกรรมเป็นคลื่น แต่ไม่ทราบว่าเป็นคลื่นประเภทใด และอะไรที่กำลังสั่นอยู่ในคลื่นแสงนั้น

ในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 นักฟิสิกส์ชาวสกอตชื่อ เจมส์ คลาร์ก แมกซ์เวลล์ (James Clerk Maxwell, ค.ศ. 1831 -1879) ได้ศึกษาสภาวะไฟฟ้าและแม่เหล็กรวมไปถึงสิ่งที่ยังเป็นข้อสงสัย จนในที่สุดได้พัฒนาทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็นการรวมปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กเป็นทฤษฎีหนึ่งเดียวที่ยิ่งใหญ่และสวยงาม โดยแมกซ์เวลล์ได้แสดงให้เห็นว่าปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กทั้งหมด

สมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามทฤษฎีของแมกซ์เวลล์

1. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิดต้องมีความเร็วเท่ากับแสง
2. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกตัวมีพลังงาน
3. ถ้าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกดูดกลืน จะทำให้วัตถุที่รับคลื่นนั้นร้อนขึ้น
4. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดใดก็ตามเมื่อเกิดขึ้นแล้วต้องมีวิธีการที่ส่งพลังงานต่อไป

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เกิดจากการเหนี่ยวนำอย่างต่อเนื่อง ระหว่างสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า หรือก็คือ การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic disturbance) โดยการทำให้สนามไฟฟ้า หรือสนามแม่เหล็กมีการเปลี่ยนแปลง

หลักสำคัญของแมกซ์เวลล์

แมกซ์เวลล์ให้หลักว่า เมื่อประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ด้วยความเร่งหรือความหน่วงจะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ โดยการเคลื่อนที่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านั้นเกิดจากการเหนี่ยวนำระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในสามมิติและเมื่อพิจารณาการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าจะพบว่ามีการเปลี่ยนแปลงพร้อมกัน กล่าวคือสนามทั้งสองจะมีค่าสูงสุดพร้อมกันและต่ำสุดพร้อมกัน นั่นคือทั้งสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กมีเฟสตรงกัน โดยทิศของสนามไฟฟ้าจะตั้งฉากกับทิศของสนามแม่เหล็ก และสนามทั้งสองมีทิศตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของคลื่น

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Radiation (EM radiation หรือ EMR)) เป็นคลื่นชนิดหนึ่งที่ไม่ต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่ เช่น คลื่นวิทยุ (Radio waves) คลื่นไมโครเวฟ (Microwaves)
ปัจจุบันมีการใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในหลายๆด้านเช่น การติดต่อสื่อสาร (มือถือ โทรทัศน์ วิทยุ เรดาร์ ใยแก้วนำแสง) ทางการแพทย์ (รังสีเอกซ์) การทำอาหาร (คลื่นไมโครเวฟ) การควบคุมรีโมท (รังสีอินฟราเรด)
คุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคือเป็นคลื่นที่เกิดจากคลื่นไฟฟ้าและคลื่นแม่เหล็กตั้งฉากกันและเคลื่อนที่ไปยังทิศทางเดียวกัน คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถเดินทางได้ด้วยความเร็ว 299,792,458 เมตร/วินาที หรือเทียบเท่ากับความเร็วแสง
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เกิดจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic disturbance) โดยการทำให้สนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กมีการเปลี่ยนแปลง เมื่อสนามไฟฟ้ามีการเปลี่ยนแปลงจะเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็ก หรือถ้าสนามแม่เหล็กมีการเปลี่ยนแปลงก็จะเหนี่ยวนำให้เกิดสนามไฟฟ้า
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นตามขวาง ประกอบด้วยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่มีการสั่นในแนวตั้งฉากกัน และอยู่บนระนาบตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นที่เคลื่อนที่โดยไม่อาศัยตัวกลาง จึงสามารถเคลื่อนที่ในสุญญากาศได้
 สเปกตรัม (Spectrum) ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะประกอบด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่และความยาวคลื่นแตกต่างกัน ซึ่งครอบคลุมตั้งแต่ คลื่นแสงที่ตามองเห็น อัลตราไวโอเลต อินฟราเรด คลื่นวิทยุ โทรทัศน์ ไมโครเวฟ รังสีเอกซ์ รังสีแกมมา เป็นต้น ดังนั้นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า จึงมีประโยชน์มากในการสื่อสารและโทรคมนาคม และทางการแพทย์

สมการแมกซ์เวลล์สำหรับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ห่างไกลจากแหล่งกำเนิด
เจมส์ เคลิร์ก แมกซ์เวลล์ (James Clerk Maxwell) ได้เป็นผู้ที่ตั้งสมมติฐานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างเป็นทางการเป็นครั้งแรก เหล่านี้ได้รับการยืนยันภายหลังต่อมาโดย ไฮน์ริช เฮิร์ตซ์ (Heinrich Hertz)
 สมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
-ไม่ต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่( บางชนิด )
-อัตราเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิดในสุญญากาศเท่ากับ 299,792,458 เมตร/วินาที ซึ่งเท่ากับ อัตราเร็วของแสง
– เป็นคลื่นตามขวาง
– ถ่ายเทพลังงานจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่ง
– ถูกปล่อยออกมาและถูกดูดกลืนได้โดยสสาร
– ไม่มีประจุไฟฟ้า
– คลื่นสามารถแทรกสอด สะท้อน หักเห และเลี้ยวเบนได้