สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
| English | ไทย |
|---|---|
| electromagnetic waves/ɪˌlektrəʊməɡˈnetɪk weɪvz/ | คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า |
| spectrum/ˈspektrəm/ | สเปกตรัม |
| vacuum/ˈvækjuːm/ | สุญญากาศ |
| microwave/ˈmaɪkrəʊweɪv/ | ไมโครเวฟ |
| infrared/ˌɪnfrəˈred/ | อินฟราเรด |
| ultraviolet/ˌʊltrəˈvaɪəlɪt/ | อัลตราไวโอเลต |
| gamma/ˈɡæmə/ | แกมมา |
อยู่ในครอบครัวเดียวกันทั้งหมด
- วิทยุ, ความร้อนจากไฟ, แสงแดดเผา, รังสีเอกซ์ในโรงพยาบาล — ทั้งหมดนี้คือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า.
- พวกมันแตกต่างกันเพียงใน ความยาวคลื่น (ดังนั้นจึงต่างกันในความถี่).
- ครอบครัวเดียว สเปกตรัมเดียว.
สิ่งที่พวกเขาShared
- คลื่น EM ทั้งหมดเป็น คลื่นขวาง.
- ในสุญญากาศ พวกเขาทั้งหมดเดินทางด้วยความเร็วเท่ากัน, $c = 3.00 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
เลื่อนผ่านสเปกตรัม
คลื่นวิทยุ แสงที่มองเห็นได้ และรังสีแกมมา ล้วนเป็นคลื่นชนิดเดียวกัน — เพียงความยาวคลื่นเปลี่ยนไป และตามด้วยการเปลี่ยนแปลงของความถี่ พลังงานโฟตอน และการใช้งานในชีวิตประจำวัน
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิดเป็นคลื่นขวาง
ใช่ — คลื่น EM ทุกชนิดเป็นคลื่นขวาง และทั้งหมดเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว $c$ ในสุญญากาศ
ในสุญญากาศ คลื่น EM哪一种เคลื่อนที่เร็วที่สุด?
ในสุญญากาศ คลื่น EM ทุกชนิดเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว $c = 3.0 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิดมีอะไรร่วมกัน? เลือก ทุก ข้อที่ถูกต้อง
การไม่ต้องใช้ตัวกลางคือเหตุผลที่ทำให้แสงอาทิตย์เดินทางผ่านอวกาศได้ การเป็นคลื่นขวางทำให้ทุกชนิดเกิดโพลาไรเซชันได้ต่างจากเสียง
สเปกตรัมตามลำดับ
- จากยาวไปสั้น: วิทยุ · ไมโครเวฟ · อินฟราเรด · แสงที่มองเห็นได้ · อัลตราไวโอเลต · รังสีเอกซ์ · แกมมา.
- เมื่อความยาวคลื่นลดลง ความถี่เพิ่มขึ้น.
เรียงลำดับตาม ความถี่ที่เพิ่มขึ้น (ต่ำสุดก่อน)
ความถี่เพิ่มขึ้นเมื่อความยาวคลื่นลดลง: วิทยุ (ยาวที่สุด) → ไมโครเวฟ → แสงที่มองเห็นได้ → รังสีเอกซ์ (สั้นกว่ามาก)
เรียงสเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามความยาวคลื่นที่เพิ่มขึ้น
ความยาวคลื่นที่เพิ่มขึ้นคือการลดลงของความถี่และพลังงานโฟตอน ดังนั้นอ่านรายการเดิมย้อนกลับจะตอบได้ทั้งสามคำถาม
ความยาวคลื่นและความสัมพันธ์
- จำลำดับขนาด: วิทยุ $> 10^{-1}\ \text{m}$; ไมโครเวฟ $10^{-1}$ ถึง $10^{-3}\ \text{m}$; อินฟราเรด $10^{-3}$ ถึง $7 \times 10^{-7}\ \text{m}$; แสงที่มองเห็นได้ $400$–$700\ \text{nm}$; อัลตราไวโอเลต $4 \times 10^{-7}$ ถึง $10^{-8}\ \text{m}$; รังสีเอกซ์ $10^{-8}$ ถึง $10^{-13}\ \text{m}$; แกมมา ต่ำกว่าประมาณ $10^{-10}\ \text{m}$.
- แสงที่มองเห็นได้ เป็นแถบแคบ $400$–$700\ \text{nm}$ — ม่วงที่ปลายสั้น, แดงที่ปลายยาว.
- สลับระหว่าง $\lambda$ และ $f$ ด้วย $c = f\lambda$.
แสงที่มองเห็นได้มีความยาวคลื่นประมาณ:
ประมาณ $400\ \text{nm}$ (สีม่วง) ถึง $700\ \text{nm}$ (สีแดง) — ส่วนเล็กๆ ของสเปกตรัมทั้งหมด
คลื่นวิทยุมีความยาวคลื่น $3.0\ \text{m}$. ความถี่ของ它有是多少 MHz? (ใช้ $c = 3.0 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.)
$f = \dfrac{c}{\lambda} = \dfrac{3.0 \times 10^{8}}{3.0} = 1.0 \times 10^{8}\ \text{Hz} = 100\ \text{MHz}$.
การตั้งชื่อพื้นที่
- ข้อสอบให้ความยาวคลื่นหรือความถี่มาและถามว่า อยู่ในพื้นที่ไหน. แปลงเป็นความยาวคลื่นหากจำเป็น แล้ววางมันบนบันได.
- ทันทีใต้ $400\ \text{nm}$ คืออัลตราไวโอเลต; ทันทีเหนือ $700\ \text{nm}$ คืออินฟราเรด.
- รังสีเอกซ์และรังสีแกมมา ทับซ้อน กันในความยาวคลื่น — ถูกแยกออกจากกันโดยแหล่งกำเนิด (รังสีเอกซ์จากอิเล็กตรอน, แกมมาจากนิวเคลียส), ดังนั้นชื่อใดก็ได้ถูกต้องในช่วงทับซ้อน.
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความยาวคลื่น 500 nm. ความถี่ของมันอยู่ในหน่วย 1e14 Hz เท่าไหร่?
f = c/lambda = 3.00e8/5.00e-7 = 6.0e14 Hz, อยู่ในสีเขียวของแถบแสงที่มองเห็นได้. แปลง nm เป็น m ก่อนทำการหาร
ตัวอย่างวิธีทำ: พื้นที่ไหน, และคาบเท่าไหร่?
(ก) เลเซอร์ปล่อยคลื่นที่มีความยาวคลื่น $8.1 \times 10^{-8}\ \text{m}$. (ข) การเชื่อมต่อดาวเทียมใช้ $12\ \text{GHz}$. ตั้งชื่อแต่ละพื้นที่และหาคาบของคลื่นดาวเทียมในพิโกวินาที.
- (ก) $8.1 \times 10^{-8}\ \text{m} = 81\ \text{nm}$, ซึ่งต่ำกว่า $400\ \text{nm}$ แต่สูงกว่า $10^{-8}\ \text{m}$: อัลตราไวโอเลต. ความถี่ของมันคือ $f = \dfrac{c}{\lambda} = \dfrac{3.00 \times 10^{8}}{8.1 \times 10^{-8}} = 3.7 \times 10^{15}\ \text{Hz}$.
- (ข) $\lambda = \dfrac{c}{f} = \dfrac{3.00 \times 10^{8}}{12 \times 10^{9}} = 0.025\ \text{m}$:若干เซนติเมตร, ดังนั้นเป็น ไมโครเวฟ.
- คาบ: $T = \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{12 \times 10^{9}} = 8.3 \times 10^{-11}\ \text{s} = 83\ \text{ps}$.
- ตรวจสอบ: $1\ \text{ps} = 10^{-12}\ \text{s}$, ดังนั้นหารด้วย $10^{-12}$ เพื่อแปลงหน่วย — คำตอบที่ $0.083\ \text{ps}$ แสดงว่าพรีфикซ์ถูกใช้ผิดทาง.
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความยาวคลื่น $5.0 \times 10^{-9}\ \text{m}$. อยู่ในช่วงใดของสเปกตรัม?
$5.0 \times 10^{-9}\ \text{m} = 5\ \text{nm}$ — สั้นกว่า $10^{-8}\ \text{m}$ (ด้านล่างของช่วงยูวี), ดังนั้นเป็นรังสีเอกซ์
ไมโครเวฟในการเชื่อมต่อดาวเทียมมีความถี่ $12\ \text{GHz}$. Period ของ它有是多少 ps?
$T = \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{12 \times 10^{9}} = 8.3 \times 10^{-11}\ \text{s}$, และ $1\ \text{ps} = 10^{-12}\ \text{s}$, ดังนั้น $T = 83\ \text{ps}$.
$c = 3.00 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$ คือความเร็ว ในสุญญากาศ (อากาศใกล้เคียงพอ). ในแก้วหรือน้ำ คลื่นช้าลงและความยาวคลื่นสั้นลง, แต่ ความถี่คงที่ — ความถี่ถูกกำหนดโดยแหล่งกำเนิด. และลำดับของสเปกตรัมตาม ความถี่ คือตรงข้ามกับลำดับตามความยาวคลื่น.
เมื่อแสงผ่านจากอากาศเข้าสู่แก้ว ความเร็วและความยาวคลื่นลดลง แต่ ____ ของ它有ไม่เปลี่ยนแปลง
ความถี่ถูกกำหนดโดยแหล่งกำเนิด เนื่องจาก $v = f\lambda$, ค่า $v$ ที่เล็กลงด้วย $f$ เดิมจะส่งผลให้ $\lambda$ เล็กลง
ชนักรู้จักได้จากการใช้งาน
- วิทยุ: การแพร่ภาพ. ไมโครเวฟ: โทรศัพท์, การเชื่อมต่อดาวเทียม, เตาไมโครเวฟ. อินฟราเรด: รีโมทคอนโทรล, ภาพความร้อน, การทำความร้อน.
- แสงที่มองเห็นได้: การมองเห็น, สัญญาณไฟเบอร์ออปติก. อัลตราไวโอเลต: ฟลูออเรสเซนต์, การฆ่าเชื้อ, แสงแดดเผา.
- รังสีเอกซ์: การถ่ายภาพทางการแพทย์. แกมมา: การฆ่าเชื้ออุปกรณ์, การรักษาโรคมะเร็ง.
คุณเข้าใจแล้ว
- คลื่น EM ทั้งหมดเป็น คลื่นขวาง และเดินทางด้วยความเร็ว $c = 3.0 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$ ในสุญญากาศ
- ลำดับตามความยาวคลื่น: วิทยุ → ไมโครเวฟ → IR → แสงที่มองเห็นได้ → UV → รังสีเอกซ์ → แกมมา (ความถี่เรียงแบบกลับกัน)
- แสงที่มองเห็นได้คือ $400$–$700\ \text{nm}$; ใช้ $c = f\lambda$ และ $T = \dfrac{1}{f}$ เพื่อตั้งชื่อพื้นที่