คลื่นแสง

คลื่นแสง

สมบัติของแสงเชิงคลื่น(การแทรกสอดและเลี้ยวเบน)

การแทรกสอดของแสงผ่านสลิตคู่ 

โธมัส ยัง (Thomas Young) ได้ทำการทดลองปรากฏการณ์แทรกสอดของแสง โดยใช้อุปกรณ์ดังแสดงในรูป

เมื่อให้แสงสีเดียวผ่านช่องแคบ S0 แล้วเลี้ยวเบนตกลงบนช่องแคบ S1 และ S2    ช่องแคบ S1 และ S2 จะทำหน้าที่เสมือนแหล่งกำเนิดคลื่นอาพันธ์ ในการทดลองใช้แผ่นสลิตคู่ ( Double slits )  เมื่อคลื่นแสงทั้งสองเดินทางไปพบกันจะทำให้เกิดการแทรกสอดกัน ในลักษณะทั้งเสริมทั้งหักล้างกันบนฉาก ทำให้ปรากฏเป็นแถบมืดและแถบสว่างปรากฏบนฉาก





แถบสว่างถึงแถบสว่างที่อยู่ติดกัน หรือมืดถึงมืดที่อยู่ติดกัน   ในการแทรกสอดของแสง จะมีระยะห่างกันคงที่  เราหาระยะห่างแบบนี้ได้จาก

การเลี้ยวเบนของแสงผ่านสลิตเดี่ยว

การเลี้ยวเบนของแสงเกิดขึ้นได้ เมื่อแสงจากแหล่งกำเนิดแสงอาพันธ์เดินทางผ่านช่องแคบที่มีขนาดเล็กใกล้เคียงกับความยาวคลื่นแสง

ทุกๆจุดบน ช่องเดี่ยว(single slit) จะทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดแสงใหม่ ตามหลักของฮอยเกน แสงจากแหล่งกำเนิดแสงใหม่จะเกิดการซ้อนทับกันบนฉาก ทำให้เราเห็นเป็นแถบมืดและแถบสว่าง

ระยะของแถบสว่างตรงกลางจะมีความกว้างมากที่สุด มีความสว่างมากที่สุด(เขียนรูปเปรียบเทียบจะมีค่าความเข้มแสงมากที่สุด)  จากรูปด้านล่างจะเห็นว่าจากกึ่งกลางแถบสว่างตรงกลางไปยังแถบมืดแรกถ้ากำหนดให้ห่าง X  เมื่อวัดจากสว่างกลางไปยังแถบสว่างแรกถัดจากกลาง จะมีระยะห่าง 1.5X   ดังนั้นเมื่อวัดความกว้างของแถบสว่างกลางที่กว้างที่สุด(จากมืด N1 ไปถึง N1 ทั้ง 2 ข้าง) จะมีระยะเท่ากับ 2X

การคำนวณการเลี้ยวเบนของแสงผ่านสลิตเดี่ยว



รูปเปรียบเทียบภาพบนฉาก จากแสงผ่านสลิตคู่ และสลิตเดี่ยว

 เกรตติ้ง

เกรตติ้ง คือ อุปกรณ์ที่ใช้ในการตรวจสอบสเปคตรัมของแสงโดยอาศัย คุณสมบัติการแทรกสอดของคลื่น   ลักษณะของเกรตติ้ง จะเป็นแผ่นวัสดุบางที่ถูกแบ่งออกเป็นช่องขนานซึ่งอยู่ชิดกันมาก  โดยทั่วไปใน 1 เซนติเมตร แบ่งออกเป็น 4,000 - 10,000 ช่อง  ในการทดลอง ถ้าเราให้แสงจากดวงอาทิตย์หรือแสงขาวจากหลอดไฟส่องผ่านเกรตติ้ง เราจะเห็นสเปรคตรัมของแสงอาทิตยหรือแสงขาว แยกออกเป็น 7 สี

รูปแสดงการฉายแสงขาวผ่านเกรตติ้ง แล้เกิดการแทรกสอดบนฉากเป็นชุดสเปกตรัม

เนื่องจากช่องเกรตติ้งมีขนานเล็ก และอยู่ชิดกันมากจึงทำให้แสงที่ออกจากช่องของเกรตติ้งเป็นรังสีขนาน เมื่อแสงดังกล่าวไปพบกัน จะเกิดการแทรกสอดกันเหมือนช่องแคบคู่ และทุก ๆ คู่ จะให้เงื่อนไขการแทรกสอดเหมือนกันหมด เราจึงพิจารณาเงื่อนไขการแทรกสอดของเกรดติ้ง จากการแทรกสอดผ่านช่องแคบคู่เพียงคู่เดียว

รูปแสดงแสงผ่านเกรติ้งซึ่งเป็นช่องขนานจำนวนมาก จะแทรกสอดเหมือนสลิตคู่

ผลการแทรกสอดของแสงหลังแสงผ่านเกรตติ้ง มี 2 แบบ คือ
1. เมื่อให้แสงสีเดียวผ่านเกรตติ้ง   จะเกิดการแทรกสอดเกิดแถบสว่างและแถบมืด เหมือนกับแสงผ่านสลิตคู่   การคำนวณเหมือนแทรกสอดผ่านสลิตคู่ จากรูปเป็นการฉายแสงเลเซอร์ผ่านเกรตติ้ง



รูป การฉายแสงสีเดียวผ่านเกรตติ้ง แล้วแทรกสอดบนฉาก

สมการคำนวณการแทรกสอด

2. เมื่อให้แสงขาวผ่านเกรตติ้ง จะเกิดการแทรกสอดเกิดแถบสว่าง(แสงขาวตรงกลาง)  และเกิดชุดสเปกตรัม โดยแต่ละชุดจะเริ่มจากแสงสีม่วงไปจนถึงแสงสีแดง ดังแสดงในรูป



รูปชุดสเปกตรัมบนฉาก เมื่อฉายแสงขาวผ่านเกรตติ้ง

ในกรณีที่ฉายแสงที่ไม่ช่แสงขาว แต่เป็นแสงที่เป็นแสงสีผสมเช่น ฉายแสงสีแดงม่วง ผ่านเกรตติ้ง จะเกิดการแทรกสอด เป็นชุดสเปกตรัมเพียง 2 สี คือ สีม่วง และสีแดง  แถบกลางเป็นแถบสว่างสีแดง ม่วง เหมือนกับแสงที่ฉายเข้ามา ดังรูป

รูป การแยกสเปกตรัมเป็นสีม่วงกับสีแดง ข้างละ 2 ชุด

ถ้าฉายแสงสีน้ำเงินเขียว  ผ่านเกรตติ้ง จะเกิดแถบแทรกสอดบนฉากเป็นอย่างไร  

สมการและการคำนวณเมื่อฉายแสงขาวผ่านเกรตติ้ง

1. เมื่อฉายแสงสีเดียวผ่านเกรตติ้ง

2. เมื่อฉายแสงขาวผ่านเกรตติ้ง









คลื่นเสียง

คลื่นเสียง 3.  เสียงและการได้ยิน

สารบัญ

คลื่นกล

-อัตราเร็วของ

หากเราต้องการหาอัตราเร็วของคลื่น เราต้องพิจารณาเลือกจุดๆ หนึ่งบนคลื่น เพื่อสังเกตอัตราเร็วของการเคลื่อนที่ ในที่นี้เราจะเลือกพิจารณาการเคลื่อนที่ของสันคลื่น หากนึกเปรียบเทียบกับการเคลื่อนที่ของนักเล่นกระดานโต้คลื่นซึ่งเคลื่อนที่มาพร้อมกับสันคลื่นก็จะช่วยให้เห็นภาพได้ง่ายขึ้น      เช่นเดียวกับการเคลื่อนที่โดยทั้วไป อัตราเร็วของสันคล่ืนที่เรากำลังพิจารณาสามารถหาได้จากระยะทางที่สันคลื่นเคลื่อนที่ได้ในหนึ่งหน่วยเวลา หรือ

v= s/t

เมื่อ v แทน อัตราเร็ว มีหน่วยเป็นเมตร/วินาที

s แทน ระยะทาง มีหน่วยเป็นเมตร

t แทน เวลาที่คลื่นใช้ในการเคลื่อนที่ มีหน่วยเป็นวินาที

แต่หาก เราพิจารณาคลื่นที่เคลื่อนที่ไปได้ 1 ลูกคลื่นพอดี  นั่นคือ ระยะทางในการเคลื่อนที่ของคลื่นเท่ากับความยาวคลื่น λ และเวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่ 1 ลูกคลื่นนั้นก็คือ คาบของการเคลื่อนที่ T จะได้ว่า

v = s/t  = λ/T

หรือ                                    v = λf        (เมื่อ ความถี่ f = 1/T)

เมื่อ v แทน อัตราเร็ว มีหน่วยเป็นเมตร/วินาที

λ แทน ความยาวคลื่น มีหน่วยเป็นเมตร

f แทน ความถี่ มีหน่วยเป็น s^-1 หรือ เฮิรตซ์ (Hz)คลื่น

พลังงานความร้อน

-พลังงานความร้อน


การถ่ายโอนพลังงานความร้อน

การถ่ายโอนพลังงานความร้อน เป็นการถ่ายเทพลังงานความร้อนระหว่างที่สองแห่งที่มีอุณหภูมิแตกต่างกัน วิธีการถ่ายโอน พลังงานความร้อนแบ่งได้เป็น 3 วิธี ดังนี้
1. การถ่ายโอนความร้อนโดยการนำความร้อน เป็นการถ่ายโอนความร้อนโดยความร้อนจะเคลื่อนที่ไปตามเนื้อของวัตถุจากตำแหน่งที่มีอุณหภูมิสูงไปสู่ตำแหน่งที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า โดยที่วัตถุที่เป็นตัวกลางในการถ่ายโอนความร้อนไม่ได้เคลื่อนที่ เช่น การนำแผ่นอะลูมิเนียมมาเผาไฟ โมเลกุลของแผ่นอะลูมิเนียมที่อยู่ใกล้เปลวไฟจะร้อนก่อนโมเลกุลที่อยู่ไกลออกไป เมื่อได้รับความร้อนจะสั่นมากขึ้นจึงชนกับโมเลกุลที่อยู่ติดกัน และทำให้โมเลกุลที่อยู่ติดกันสั่นต่อเนื่องกันไป ความร้อนจึงถูกถ่ายโอนไปโดยการสั่นของโมเลกุลของแผ่นอะลูมิเนียม
โลหะต่างๆ เช่น เงิน ทอง อะลูมิเนียม เหล็ก เป็นวัตถุที่นำความร้อนได้ดี จึงถูกนำมาทำภาชนะในการหุงต้มอาหาร วัตถุที่นำความร้อนไม่ดีจะถูกนำมาทำฉนวนกันความร้อน เช่น ไม้ พลาสติก แก้ว กระเบื้อง เป็นต้น
2. การถ่ายโอนความร้อนโดยการพาความร้อน เป็นการถ่ายโอนความร้อนโดยวัตถุที่เป็นตัวกลางในการพาความร้อนจะเคลื่อนที่ไปพร้อมกับความร้อนที่พาไป ตัวกลางในการพาความร้อนจึงเป็นสารที่โมเลกุลเคลื่อนที่ได้ง่าย ได้แก่ ของเหลวและแก๊ส ลมบกลมทะเลเป็นการเคลื่อนที่ของอากาศที่พาความร้อนจากบริเวณหนึ่งไปยังอีกบริเวณหนึ่ง การต้ม การนึ่ง และการทอดอาหารเป็นการทำให้อาหารสุกโดยการพาความร้อน
3. การถ่ายโอนความร้อนโดยการแผ่รังสีความร้อน เป็นการถ่ายโอนความร้อนโดยไม่ต้องอาศัยตัวกลาง เช่น การแผ่รังสีความร้อนจากดวงอาทิตย์มายังโลก การแผ่รังสีความร้อนจากเตาไฟไปยังอาหารที่ปิ้งย่างบนเตาไฟ เป็นต้น

สมดุลความร้อน
สมดุลความร้อน หมายถึง ภาวะที่สารที่มีอุณหภูมิต่างกันสัมผัสกัน และถ่ายโอนความร้อนจนกระทั่งสารทั้งสองมีอุณหภูมิเท่ากัน (และหยุดการถ่ายโอนความร้อน) เช่น การผสมน้ำร้อนกับน้ำเย็นเข้าด้วยกัน น้ำร้อนจะถ่ายโอนพลังงานความร้อนให้กับน้ำเย็น และเมื่อน้ำที่ผสมมีอุณหภูมิเท่ากัน การถ่ายโอนความร้อนจึงหยุด

การดูดกลืนความร้อนของวัตถุ
วัตถุทุกชนิดสามารถดูดกลืนพลังงานรังสี การดูดกลืนพลังงานรังสีของวัตถุเรียกว่า "การดูดกลืนความร้อน" จากการค้นพบของนักวิทยาศาสตร์พบว่า วัตถุที่มีผิวนอกสีดำทึบหรือสีเข้ม จะดูดกลืนความร้อนได้ดี วัตถุที่มีผิวนอกสีขาวหรือสีอ่อนจะดูดกลืน ความร้อนได้ไม่ดี
ในทำนองตรงกันข้าม วัตถุที่มีความร้อนทุกชนิดสามารถคายความร้อนได้เช่นกัน โดยวัตถุที่มีผิวนอกสีดำจะคายความร้อนได้ดี และวัตถุที่มีผิวนอกขาวจะคายความร้อนได้ไม่ดี
ในชีวิตประจำวันใช้ประโยชน์จากสมบัติของการดูดกลืนความร้อนและการคายความร้อนของวัตถุในการเลือกสีทาอุปกรณ์เครื่องใช้ต่างๆ เช่น ชุดนักดับเพลิงมีสีสว่างและแวววาวเพื่อไม่ให้รับพลังงานความร้อนมากเกินไป บ้านเรือนที่อยู่อาศัยในเขตร้อนนิยมทาด้วยสีขาว เป็นต้น

การขยายตัวของวัตถุ
วัตถุบางชนิดจะขยายตัวเมื่อได้รับความร้อนและจะหดตัวเมื่อคายความร้อน การขยายตัวของวัตถุเป็นสมบัติเฉพาะตัวของวัตถุ อัตราส่วนระหว่างขนาดของวัตถุที่เปลี่ยนแปลงไปกับขนาดเดิมของวัตถุต่ออุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง เรียกว่า "สัมประสิทธิ์ของการขยายตัว" วัตถุใดที่มีสัมประสิทธิ์ของการขยายตัวมากจะขยายตัวได้มากกว่าวัตถุที่มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวน้อย เช่น ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส และความดันบรรยากาศเดียวกัน สังกะสี ตะกั่ว อะลูมิเนียม จะขยายตัวได้มากไปน้อย ตามลำดับ
ความรู้เรื่องการขยายตัวของวัตถุเมื่อได้รับความร้อนถูกนำไปใช้ประโยชน์อย่างกว้างขวาง เช่น การเว้นรอยต่อของรางรถไฟ การเว้นช่องว่างของหัวสะพาน การประดิษฐ์เทอร์มอมิเตอร์ และการติดตั้งเทอร์มอสแตตไฟฟ้า เพื่อใช้ควบคุมระดับอุณหภูมิของเครื่องใช้ไฟฟ้า เป็นต้น