INFRARED

จัดทำโดย นางสาวสุพรรณษา บัวยิ้ม ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6/1

คำนำ สมุดเล่มเล็กนี้จัดทำเพื่อเป็นส่วนหนึ่งของ วิชาฟิสิกส์ เพื่อให้ศึกษา เรื่องคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยหนังสือเล่มเล็กนี้มีเนื้อหาเกี่ยวกับรังสีอิน ฟาเรด เพื่อให้ศึกษาอย่างเข้าใจและ เป็นประโยชน์กับบทเรียน ผู้จัดทำหวังว่าสมุดเล่มเล็กนี้จะเป็น ประโยชน์กับผู้อ่านหรือผู้ที่กำลังศึกษาเกี่ยวกับ เรื่องนี้ หากมีข้อผิดพลาดประการใด ผู้จัดทำขออภัยมา ณ ที่นี้ด้วย

ผู้จัดทำ นางสาวสุพรรณษา บัวยิ้ม

สารบัญ เนื้อหา การเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า รังสีอินฟราเรด คุณสมบัติของรังสีอินฟราเรด การค้นพบรังสีอินฟราเรด การแบ่งรังสีอินฟราเรดตามความยาวคลื่น การประยุกต์ใช้อินฟราเรดในชีวิตประจำวัน ข้อดีและข้อเสีย แบบทดสอบ เฉลยแบบทดสอบ

หน้า 1 2 3 3 4 5 6 7 9 12

1

การเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เกิดจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic disturbance) โดยการทำให้ สนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กมีการเปลี่ยนแปลง เมื่อสนามไฟฟ้ามีการเปลี่ยนแปลงจะเหนี่ยวนำให้ เกิดสนามแม่เหล็ก หรือถ้าสนามแม่เหล็กมีการ เปลี่ยนแปลงก็จะเหนี่ยวนำให้เกิดสนามไฟฟ้า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นตามขวาง ประกอบด้วย สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่มีการสั่นในแนวตั้ง ฉากกัน และอยู่บนระนาบตั้งฉากกับทิศการ เคลื่อนที่ของคลื่น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นที่ เคลื่อนที่โดยไม่อาศัยตัวกลาง จึงสามารถเคลื่อนที่ ในสูญญากาศได้

2

สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความถี่ต่างๆ จะสัมพันธ์กับ พลังงานโดยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูง จะมีพลังงานสูงและเป็นความถี่ต่อเนื่องกันเป็นช่วง กว้าง เรียกรวมกันว่าสเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic spectrum) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แต่ละชนิดมีชื่อเรียกต่างกัน เนื่องจากแหล่ง กำเนิด และการนำไปใช้งาน

3

รังสีอินฟราเรด รังสีอินฟราเรด (infrared, IR) มีชื่อเรียกอีกชื่อว่า รังสีใต้แดง หรือรังสีความร้อน เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ชนิดหนึ่งที่แผ่มาจากดวงอาทิตย์และมีความยาวคลื่นอยู่ ระหว่างคลื่นวิทยุและแสงมีความถี่ในช่วง 10 - 10 เฮิร์ตซ์ หรือความยาวคลื่นตั้งแต่ 1- 1000 ไมโครเมตร มีความถี่ ในช่วงเดียวกับไมโครเวฟ มีความยาวคลื่นอยู่ระหว่างแสง สีแดงกับคลื่นวิทยุสสารทุกชนิด ที่มีอุณหภูมิอยู่ระหว่าง -200 องศาเซลเซียสถึง 4,000 องศาเซลเซียส จะปล่อยรังสีอินฟราเรดออกมา คุณสมบัติของรังสีอินฟราเรด ไม่เบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ความถี่ยิ่งสูงมาก ขึ้นพลังงานก็สูงขึ้นตามไปด้วย และยังสามารถผ่านเมฆ หมอกที่หนาทึบเกินกว่าที่แสงธรรมดาจะผ่านได้ และ เป็นคลื่นที่มีความถี่ถัดจากความถี่ของสีแดงลงมา มนุษย์ จึงไม่สามารถมองเห็นรังสีอินฟราเรด แต่สามารถรู้สึกถึง ความร้อนได้ 11

14

4

การค้นพบรังสีอินพราเรด

ถูกค้นพบโดยนักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ คือ วิลเลียม เฮอร์เซล (William Herschel) ซึ่งได้ค้นพบ รังสีอินฟราเรดสเปกตรัมใน ปี ค.ศ. 1800 จากการทดลองโดยทดสอบว่าในเลนส์แต่ละสีจะ เปลี่ยนค่าแสดงความร้อนของดวงอาทิตย์หรือไม่ จึงประดิษฐ์ อุปกรณ์การทดลองเพื่อหาคำตอบใช้ปริซึมแยกแสง แล้วให้แสง จากแสงสีต่างๆ มาตกที่เทอร์โมมิเตอร์ก็ตั้งเทอร์โมมิเตอร์ตัว หนึ่งนอกเหนือจากแสงสีต่างๆ นั้น เพื่อเป็นตัวควบคุมการ ทดลอง ปรากฎว่า แสงสีมีอุณหภูมิสูงกว่าแสงสีขาว และ อุณหภูมิสูงขึ้นจากสีม่วงไปหาสีแดง ปรากฎว่า เทอร์โมมิเตอร์ ตัวที่อยู่นอกเหนือจากแสงสีแดงนั้นกลับวัดได้อุณหภูมิสูงกว่า ทุกตัว พบว่าส่วนของแสงที่มองไม่เห็นแต่ร้อนกว่าสีแดงนี้ มี คุณสมบัติทางกายภาพเช่นเดียวกับคลื่นแสงที่มองเห็นได้ทุก ประการ เช่น การหักเห ดูดซับ ส่องผ่านหรือไม่ผ่านตัวกลาง รังสีที่ถูกค้นพบใหม่นี้ ชื่อ ว่า "รังสีอินฟราเรด" (ขอบเขตที่ต่ำกว่าแถบสีแดงหรือ รังสีใต้แดง)

การแบ่งรังสี่อินฟราเรดตาม ความยาวคลื่น รังสีอินฟราเรดสามารถแบ่งตามความยาวคลื่นโดยเทียบกับ ความยาวคลื่นของแสงที่ตามองเห็น ได้เป็น 3 ชนิด ดังนี้ 1. รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้น (near infrared) ช่วงคลื่นสั้น ของรังสีอินฟราเรดจะมีความยาวคลื่นประมาณ 0.7 ไมโครเมตร จนถึง 1.5 ไมโครเมตรรังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้นมักจะประยุกต์ ใช้ในงานถ่ายภาพความร้อน งานอุตสาหกรรม เช่น การอบสี 2. รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นกลาง (medium infrared) ช่วง คลื่นกลางของรังสีอินฟราเรดจะมีความยาวคลื่นประมาณ 1.5 ไมโครเมตรจนถึง 40 ไมโครเมตร มักประยุกต์ใช้กับระบบนำวิถี ของจรวด Missile ใช้ในการสื่อสารด้วยเส้นไยนำแสง 3. รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นยาว (far infrared) ช่วงคลื่นยาว ของรังสีอินฟราเรดจะมีความยาวคลื่นประมาณ 4.0 ไมโครเมตร ถึง 1000 ไมโครเมตร รังสีประเภทนี้เป็นช่วงคลื่นยาวจึงมี พลังงานความร้อนไม่มากนักจึงนิยมใช้ในการบำบัดผู้ป่วย เช่น อาการปวดเมื่อยเรื้อรัง และผู้ป่วยด้วยโรคความดันโลหิต รวมถึง การควบคุมน้ำหนัก เป็นต้น

5

6

การประยุกต์ใช้อินฟราเรดในชีวิตประจำวัน กล้องถ่ายรูปใช้กลางคืน และกล้องส่องทางไกลที่ใช้ ในเวลากลางคืน แสดงภาพความร้อน เพิ่มความ ปลอดภัยเวลาขับรถในเวลากลางคืน รีโมทคอนโทรลเลอร์ในเครื่องใช้ไฟฟ้า เช่น รีโมท โทรทัศน์ การไล่ล่าทางทหาร มิสไซล์ ที่ใช้ไล่ล่าเครื่องบิน เครื่องกำเนิดความร้อนทั่วไป เช่น เตาแก๊ส อินฟราเรดในครัวเรือน เครื่องกำเนิดความร้อนใน ห้องซาวด์น่า แผ่นกายภาพบำบัด มีเป็นประคบร้อนอินฟราเรด ปัจจุบันเป็นวิธีการ กายภาพบำบัดที่ปลอดภัยชนิด หนึ่ง เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรด ใช้ในงานอุตสาหกรรม เช่น การอบสี การอบแห้ง ผลิตภัณฑ์

7

ข้อดี

ข้อดีและข้อเสีย ใช้พลังงานน้อย จึงนิยมใช้กับเครื่อง laptops โทรศัพท์ แผงวงจรควบคุมราคาต่ำ (low circuitry cost) เรียบง่าย และสามารถเชื่อมต่อกับระบบอื่นได้อย่างรวดเร็ว มีความปลอดภัยในการเรื่องข้อมูลสูง ลักษณะการส่งคลื่น (lirectionality of the beam) จะไม่รั่วไปที่เครื่องรับตัว อื่นในขณะที่ส่งสัญญาณ ไม่ต้องติดตั้งสัญญาณ สามารถเคลื่อนย้ายอุปกรณ์ได้ง่าย คลื่นแทรกจากเครื่องใช้ไฟฟ้าใกล้เคียงมีน้อย (high noise immunity)

8

ข้อเสีย เครื่องส่ง (transmitter) และเครื่องรับ (receiver) ต้อง อยู่ในแนวเดียวกัน คือต้องเห็นว่าอยู่ในแนวเดียวกัน คลื่นจะถูกกันโดยวัตถุทั่วไปได้ง่ายเช่น คน กำแพง ต้นไม้ ทำให้สื่อสารไม่ได้ ระยะทางในการส่งข้อมูลสั้น สภาพอากาศ เช่น หมอก แสงอาทิตย์แรงๆ ฝนและ มลภาวะมีผลต่อประสิทธิภาพการสื่อสาร อัตราการส่งข้อมูลจะช้ากว่าแบบใช้สายไฟทั่วไปหากได้ รับรังสีอินฟราเรดติดต่อกันเป็นเวลานาน จะทำให้ผิวมี อาการแสบร้อน ผิวหมองคล้ำ ดำกร้าน เซลล์ผิวเสื่อม สภาพ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

9 แบบทดสอบ 1)รังสีอินฟราเรด มีชื่อเรียกอีกชื่อว่าอะไร ก.แสงขาว ข.รังสีใต้แดง ค.รังสีเหนือม่วง ง.แสงสีม่วง 2)ถูกค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ คือ ก.เซอร์ วิลเลียม เฮอร์เชล ข.วิลเฮล์ม ค็อนราท เรินท์เกิน ค.พอล อูริช วิลลาร์ด ง.โยฮันน์ วิลเฮล์ม ริตเตอร์ 3)สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงใด มีความถี่ใกล้เคียงกับแสงมากที่สุด ก.อินฟราเรดกับไมโครเวฟ ข.อัลตราไวโอเลตกับอินฟราเรด ค.คลื่นวิทยุกับรังสีเอกซ์ ง.ไมโครเวฟกับอัลตราไวโอเลต 4)อันตราย ของรังสีอินฟราเรดคืออะไร ก.เกิดริ้วรอยก่อนวัยอันควร ผิวหนังเหี่ยวย่น ข.จะไปทำลายเซลล์สิ่งมีชีวิต ร่วมไปถึงสารพันธุกรรมต่าง ๆ ทำให้เซลล์สิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ตาย โดยที่ไม่กระทบกระเทือนกับอาหาร ค.เมื่อร่างกายรับเข้าไปมากจะทำให้เซลล์ตาย หรือเสื่อมคุณภาพ อาจทำให้เกิดโรค มะเร็งได้ ง.จะทำให้ผิวมีอาการแสบร้อน ผิวหมองคล้ำ ดำกร้าน เซลล์ผิวเสื่อมสภาพ และร่างกาย ขาดน้ำ

10 5)สีอินฟราเรดใช้ทำอะไร ก.ใช้ในการสื่อสาร โทรคมนาคม เนื่องจากคลื่นวิทยุสามารถเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศ ได้ดี ข.ใช้ในการจับภาพในที่มืด หรือใช้ถ่ายรูปในช่วงที่มีเมฆ หมอก นอกจากนี้ยังถูกนำมา ใช้กับรีโมทควบคุมโทรทัศน์ ค.ใช้เป็นสัญญาณเรดาห์ เนื่องจากไมโครเวฟสามารถสะท้อนโลหะได้ดี นอกจากนี้ยังนำ มาสร้างพลังงานความร้อนในเตาไมโครเวฟ ง.ใช้ในการฆ่าเชื้อโรคต่าง ๆ ได้ หรือทำความสะอาดเครื่องมือแพทย์ได้ 6)คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สามารถเคลื่อนที่ผ่านได้ในข้อใด ก. ผ่านก๊าซ ข. เพียงสุญญากาศ ค. ผ่านบริเวณที่มีสนามไฟฟ้า ง. ผ่านได้ทุกข้อที่กล่าวข้างต้น 7)พลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าน่าจะซ่อนอยู่ในข้อใด ก. ความถี่ ข. ความเร็ว ค. ความยาวคลื่น ง.สนามแม่เหล็กไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก 8) ขนาดความเข้มของสนามแม่เหล็กของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในขณะใดๆจะเป็นไปตาม ข้อใด ก.แปรผกผันกับความเข้มสนามไฟฟ้า ข.เป็นปฏิภาคโดยตรงกับความเข้มสนามไฟฟ้า ค.เท่ากับสนามไฟฟ้า ง.ถูกทุกข้อ

11 8

9).ความเร็วของแสงในอากาศ 3 * 10 เมตร/วินาที สถานีวิทยุ F.M.สถานีหนึ่ง ประกาศว่ากระจายเสียงด้วยความถี่ 100 MHz ความยาวคลื่นในอากาศของสถานี นั้นเป็นเท่าใด ก. 1 เมตร ข. 2 เมตร ค. 3 เมตร ง. 4 เมตร 10)จากข้อ 9 สายอากาศที่สั้นที่สุดที่ทำให้เกิดคลื่นนิ่งในสายอากาศนั้นได้พอดีต้องยาว เท่าใด ก. 0.5 เมตร ข. 1 เมตร ค. 1.5 เมตร ง. 2 เมตร

12

เฉลย 1)ข 2)ก 3)ข 4)ง 5)ข 6)ง 7)ง 8)ข 9)ค 10)ค