เรื่องสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความถี่ที่แตกต่างกันอย่างต่อเนื่องตั้งแต่ 0 – 10²³ เฮิรตซ์ ซึ่งสามารแบ่งได้เป็น 7 ช่วงความถี่ อันได้แก่

• คลื่นวิทยุ
• คลื่นไมโครเวฟ
• รัวสีอินฟราเรด
• คลื่นแสง
• รังสีอัลตราไวโอเลต
• รังสีเอ็กซ์และรังสีแกมมา

โดยจะเรียกว่าสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าดังรูปที่ 1

รูปที่ 1 สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

        จากรูปที่ 1 พบว่าคลื่นวิทยุเป็นคลื่นที่มีความยาวคลื่นมากสุดและมีความถี่น้อยสุด ส่วนรังสีแกมมาเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นน้อยสุดและมีความถี่มากสุดและมีพลังงานมากที่สุด ซึ่งความเร็วของคลื่นแม่เหล็กทุกสเปกตรัมมีความเร็ว c (3×10⁸ เมตร/วินาที) เท่ากันตามความสัมพันธ์ตามสมการที่ 1

(1.)          

เมื่อ          

•   คือความเร็วคลื่น                       
•  คือความถี่คลื่น                    
•  คือความยาวคลื่น

            แต่ละสเปกตรัมนอกจากจะมีความยาวคลื่นและความถี่ที่ไม่เท่ากันแล้วยังมีพลังงานที่ไม่เท่ากันอีกด้วย โดยพลังงานของแต่ละสเปกตรัมจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับความถี่ของแต่ละสเปกตรัม ดังนั้นในแต่ละสเปกตรัมจึงสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในงานที่ต่างกันไปดังนี้

คลื่นวิทยุ 

คลื่นวิทยุ  เป็นคลื่นที่มีความถี่ในช่วง 10⁴ ถึง 10⁹ เฮิรตซ์ ถูกนำมาใช้งานระบบสื่อสาร

โดยแบ่งเป็น 2 ระบบได้แก่

• คลื่นระบบ เอฟเอ็ม (ความถี่ 88-108 เมกะเฮิรตซ์)
• และคลื่นระบบ เอเอ็ม (ความถี่ 530-1600 เมกะเฮิรตซ์)

โดยคลื่นระบบเอฟเอ็มและระบบเอเอ็มมีความแตกต่างกันคือ ระบบเอฟเอ็มจะผสมสัญญาณเสียงเข้ากับคลื่นวิทยุและทำให้ความถี่ของคลื่นเปลี่ยนไป

ส่วนระบบเอเอ็มจะผสมสัญญาณเสียงเข้ากับคลื่นวิทยุและทำให้แอมปลิจูดเปลี่ยน นอกจากนี่ระบบเอฟเอ็มจัดเป็นคลื่นดินส่วนคลื่นระบบเอเอ็มเป็นคลื่นฟ้า ซึ่งคลื่นฟ้านี้มีข้อดีคือสามารถส่งสัญญาณได้ไกลกว่าคลื่นดิน คลื่นวิทยุจะสะท้อนในชั้นบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟีย

คลื่นไมโครเวฟ

คลื่นไมโครเวฟ เป็นคลื่นที่มีความถี่ในช่วง 10⁸ ถึง 10¹² เฮิรตซ์

มีประโยชน์

• ในด้านการสื่อสาร
• ระบบดาวเทียม
• ระบบเรดาร์

และรวมถึงระบบเตาไมโครเวฟให้ความร้อนได้  โดยทำให้โมเลกุลของน้ำสั่นโดยไมโครเวฟที่นำมาใช้ทำเตาไมโครเวฟนั้นมีความถี่ที่ตรงกับความถี่ธรรมชาติของน้ำทำให้น้ำสั่นและปล่อยพลังงานในรูปแบบของความร้อนออกมา สำหรับไมโครเวฟที่นำมาใช้เป็นระบบสื่อสารนั้นใช้วิธีส่งสัญญาณภาคพื้นดิน โดยต้องมีเสาสัญญาณในการรับและส่งสัญญาณเป็นทอดๆ

รังสีอินฟาเรด

รังสีอินฟาเรด เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ในช่วง10¹¹ ถึง 10¹⁴ เฮิรตซ์ เป็นรังสีที่มนุษย์ไม่สามารถมองเห็น แต่สัตว์บางชนิดสามารถมองเห็นได้

นำมาใช้เป็น

• กล้องถ่ายรูปในความมืด
• ใช้ถ่ายภาพโลกผ่านดาวเทียม
• สัญญาณในรีโมทคอนโทล
• ควบคุมอาวุธนำวิถี 
• และเป็นสัญญาณในใยแก้วนำแสง

รังสีอินฟาเรด มีพลังงานต่ำจึงไม่มีโทษกับร่างกายและมีส่วนทำให้เกิดโลกร้อน

แสง

แสง เป็นคลื่นแม่เหล็กที่มีความถี่ 10¹⁴ เฮิรตซ์ เป็นคลื่นแม่เหล็กที่มนุษย์สามารถมองเห็นได้ คลื่นแสงที่มองเห็นนั้นเป็นแสงขาว ซึ่งประกอบด้วยแสงที่มีความถี่ต่างๆ 7 ความถี่หรือ 7 สีนั่นคือ ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง เรียงลำดับตามความถี่มากมาน้อย

รังสีอัลตราไวโอเลต (UV)

รังสีอัลตราไวโอเลต (UV)  เป็นคลื่นแม่เหล็กที่มีความถี่ในช่วง 10¹⁵ ถึง 10¹⁸ เฮิรตซ์ เป็นรังสีที่มนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้ แต่แมลงบางชนิดสามารถมองเห็นได้

รังสีนี้มี 3 ชนิดคือ

• รังสี UVA
• UVB
• และ UVC

โดยรังสี UVC ถูกกรองด้วยโอโซนได้ทั้งหมด UVB ถูกกรองด้วยโอโซนบางส่วนในขณะที่ UVA สามารถทะลุผ่านโอโซนได้

ประโยชน์คือ

• ใช้ในการฆ่าเชื้อโรค
• ในในงานแสดง
• ใช้ในงานตรวจสอบธนบัตรและใช้ในงานแยกสาร

โทษคือ

• เป็นอันตรายต่อนัยน์ตาและผิวหนัง

รังสีเอ็กซ์

รังสีเอ็กซ์ เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ในช่วง 10¹⁶ ถึง 10²² เฮิรตซ์

มีประโยชน์

• ในการตรวจวินิจฉัยโรค
• ตรวจรอยร้าวของโลหะ
• ตรวจอาวุธหรือระเบิดในสนามบิน
• ตรวจโครงสร้างของผลึก

โทษคือ

• เป็นอันตรายต่อนัยน์ตา
• และถ้าได้รับปริมาณมากอาจทำให้เป็นหมันได้

รังสีแกมมา

รังสีแกมมา เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่มากที่สุด มาจากการสลายตัวของสารกัมมันตรังสี และปฏิกิริยานิวเคลียร์ มีความสามารถในการทะลุทะลวงสูงเมื่อเทียบกับรังสีที่เกิดจากสารกัมมันตรังสีด้วยกันคือรังสีแอลฟา และรังสีเบต้า

ประโยชน์คือ

• ใช้ฆ่ามะเร็ง
• ถนอมอาหาร
• ฆ่าเชื้อโรค
• และเปลี่ยนพันธ์พืชได้

โทษคือ

• ถ้าได้รับรังสีมากๆ อาจเป็นอันตรายถึงชีวิตได้

Analog and Digital

สัญญาณที่ใช้ในระบบสื่อสารแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทคือสัญญาณอนาลอกและสัญญาณดิจิตอล

การส่งสัญญาณแบบอนาลอกและดิจิตอล