สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
เมื่อคลื่นวิทยุที่ผสมสัญญาณเสียงแล้วกระจายออกจากสายอากาศไปยังเครื่องรับวิทยุ เครื่องรับวิทยุจะทำหน้าที่แยกเอาสัญญาณเสียงออกจากสัญญาณคลื่นวิทยุ แล้วขยายสัญญาณเสียงให้มีแอมพลิจูดสูงขึ้น เพื่อส่งให้ลำโพงแปลงสัญญาณเสียงออกมาเป็นเสียงที่หูรับฟังได้
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความถี่ต่อเนื่องกันเป็นช่วงกว้าง กล่าวคือ มีความถี่ 1 – 1025 เฮิรตซ์ (ความยาวคลื่น 108 –10-17 เมตร) เราเรียกช่วงความถี่เหล่านี้ว่า "สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า" และมีชื่อเรียกช่วงต่าง ๆ ของความถี่ต่างกันตามแหล่งกำเนิดและวิธีการตรวจวัดคลื่น ดังรูปที่ 1
รูปที่ 1 สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
1. คลื่นวิทยุ มีความถี่ช่วง 104 - 109 Hz( เฮิรตซ์ ) สามารถเลี้ยวเบนผ่านสิ่งกีดขวางที่มีขนาดใกล้เคียงกับความยาวคลื่นได้ ใช้ในการสื่อสาร ส่งข่าวสารและสาระบันเทิงไปยังผู้รับ โดยจะนำคลื่นเสียงเปลี่ยนรูปเป็นสัญญาณไฟฟ้ารวมกับคลื่นวิทยุซึ่งทำหน้าที่เป็นคลื่นพาหะแล้วจึงส่งอากาศไปยังผู้รับ
การส่งสัญญาณคลื่นวิทยุ มี 2 ระบบ คือ
1.1 ระบบเอเอ็ม (A.M. = amplitude modulation) มีช่วงความถี่ 530 - 1600 kHz
1.1 ระบบเอเอ็ม (A.M. = amplitude modulation) มีช่วงความถี่ 530 - 1600 kHz
สื่อสารโดยใช้คลื่นเสียงผสมเข้าไปกับคลื่นวิทยุที่เรียกว่า "คลื่นพาหะ" โดย สัญญาณเสียงจะไปบังคับให้แอมพลิจูดของคลื่นพาหะเปลี่ยนแปลง ดังรูปที่ 2
รูปที่ 2 การส่งและรับสัญญาณคลื่นวิทยุแบบ A.M.
เมื่อคลื่นวิทยุที่ผสมสัญญาณเสียงแล้วกระจายออกจากสายอากาศไปยังเครื่องรับวิทยุ เครื่องรับวิทยุจะทำหน้าที่แยกเอาสัญญาณเสียงออกจากสัญญาณคลื่นวิทยุ แล้วขยายสัญญาณเสียงให้มีแอมพลิจูดสูงขึ้น เพื่อส่งให้ลำโพงแปลงสัญญาณเสียงออกมาเป็นเสียงที่หูรับฟังได้
ขณะที่มีการส่งสัญญาณในระบบเอเอ็มไปในบรรยากาศ ปรากฎการณ์ เช่น ฟ้าแลบ ฟ้าผ่า ทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ด้วย คลื่นนี้สามารถรวมกับคลื่นวิทยุในระบบเอเอ็มได้ ทำให้เกิดการรบกวน การส่งคลื่นระบบ A.M. จะส่งคลื่นได้ทั้งคลื่นดิน ที่มีการเคลื่อนที่ไปโดยตรงในระดับสายตา และคลื่นฟ้าที่สะท้อนลงมาจากบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์
รูปที่ 3 การส่งและรับสัญญาณคลื่นวิทยุแบบ F.M.
ในการส่งคลื่นระบบ F.M. ส่งคลื่นได้เฉพาะคลื่นดินอย่างเดียว ถ้าต้องการส่งให้คลุมพื้นที่ต้องมีสถานีถ่ายทอดและเครื่องรับต้องตั้งเสาอากาศสูง ๆ รับ หรืออาจใช้ดาวเทียมช่วยสะท้อนคลื่นในอวกาศ
2. คลื่นโทรทัศน์และไมโครเวฟ มีความถี่ช่วง 108 - 1012 Hz จะไม่สะท้อนที่ชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ แต่จะทะลุผ่าน
ชั้นบรรยากาศไปนอกโลก มีประโยชน์ในการสื่อสาร โดยในการถ่ายทอดสัญญาณโทรทัศน์จะต้องมีสถานีถ่ายทอดเป็นระยะ ๆ เพราะสัญญาณเดินทางเป็นเส้นตรง และผิวโลกมีความโค้ง
ดังนั้นสัญญาณจึงไปได้ไกลสุดเพียงประมาณ 80 กิโลเมตรบนผิวโลก อาจใช้ไมโครเวฟนำสัญญาณจากสถานีส่งไปยังดาวเทียม แล้วให้ดาวเทียมนำสัญญาณส่งต่อไปยังสถานีรับที่อยู่ไกล ๆ
คลื่นโทรทัศน์มีความยาวคลื่นสั้น จึงไม่สามารถเลี้ยวเบนอ้อมผ่านสิ่งกีดขวางใหญ่ๆได้ เมื่อคลื่นโทรทัศน์กระทบกับรถยนต์หรือเครื่องบิน จะสังเกตเห็นว่าภาพถูกรบกวน เนื่องจากคลื่นสะท้อนจากรถยนต์หรือเครื่องบินเกิดการแทรกสอดดับคลื่นที่ส่งมาจากสถานีแล้วเข้าเครื่องรับพร้อมกัน
ไมโครเวฟจะสะท้อนกับผิวโลหะได้ดี จึงนำไปใช้ในการตรวจหาตำแหน่งของอากาศยาน ที่เรียกว่า เรดาร์ โดยเมื่อส่งสัญญาณไมโครเวฟออกไปกระทบอากาศยาน และรับคลื่นที่สะท้อนกลับจากอากาศยาน ทำให้ทราบระยะห่างระหว่างอากาศยานกับแหล่งส่งสัญญาณไมโครเวฟได้
3. รังสีอินฟาเรด (infrared rays) มีช่วงความถี่ 1011 - 1014 Hz ซึ่งมีช่วงความถี่คาบเกี่ยวกับไมโครเวฟ รังสีอินฟาเรดสามารถตรวจรับได้ด้วยประสาทสัมผัสทางผิวหนังหรือฟิล์มถ่ายรูปบางชนิดได้ โดยปกติสิ่งมีชีวิตจะแผ่รังสีอินฟราเรดออกมาตลอดเวลา และรังสีอินฟราเรดสามารถทะลุผ่านเมฆหมอกที่หนาเกินกว่าที่แสงธรรมดาจะผ่านได้ จึงอาศัยสมบัตินี้ในการถ่ายภาพพื้นโลกจากดาวเทียม เพื่อศึกษาการแปรสภาพของป่าไม้ เป็นต้น
ไมโครเวฟจะสะท้อนกับผิวโลหะได้ดี จึงนำไปใช้ในการตรวจหาตำแหน่งของอากาศยาน ที่เรียกว่า เรดาร์ โดยเมื่อส่งสัญญาณไมโครเวฟออกไปกระทบอากาศยาน และรับคลื่นที่สะท้อนกลับจากอากาศยาน ทำให้ทราบระยะห่างระหว่างอากาศยานกับแหล่งส่งสัญญาณไมโครเวฟได้
3. รังสีอินฟาเรด (infrared rays) มีช่วงความถี่ 1011 - 1014 Hz ซึ่งมีช่วงความถี่คาบเกี่ยวกับไมโครเวฟ รังสีอินฟาเรดสามารถตรวจรับได้ด้วยประสาทสัมผัสทางผิวหนังหรือฟิล์มถ่ายรูปบางชนิดได้ โดยปกติสิ่งมีชีวิตจะแผ่รังสีอินฟราเรดออกมาตลอดเวลา และรังสีอินฟราเรดสามารถทะลุผ่านเมฆหมอกที่หนาเกินกว่าที่แสงธรรมดาจะผ่านได้ จึงอาศัยสมบัตินี้ในการถ่ายภาพพื้นโลกจากดาวเทียม เพื่อศึกษาการแปรสภาพของป่าไม้ เป็นต้น
รังสีอินฟราเรดใช้ในระบบควบคุมที่เรียกว่า รีโมทคอนโทรล หรือการควบคุมระยะไกล ซึ่งเป็นระบบควบคุมการทำงานของเครื่องรับโทรทัศน์ ทางการทหารจะใช้ควบคุมจรวดนำวิถี
ปัจจุบันมีการส่งสัญญาณด้วยเส้นใยนำแสง (Optical fiber) แต่สิ่งที่เป็นพาหะนำสัญญาณคือ รังสีอินฟราเรด เพราะถ้าใช้แสงธรรมดานำสัญญาณอาจมีการรบกวนจากแสงภายนอกได้ง่าย
4. แสง (light) มีช่วงความถี่ 1014Hz หรือความยาวคลื่น 4x10-7 - 7x10-7 เมตร เป็นคลื่น
แม่เหล็กไฟฟ้าที่ประสาทตาของมนุษย์รับและแยกได้ คือ แสงสีม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง เมื่อแสงทั้งเจ็ดสีรวมกันจะเป็นสีขาว เปลวไฟสีแดงจะมีอุณหภูมิต่ำกว่าเปลวไฟสีม่วง
แสงส่วนใหญ่มักเกิดจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงมากๆและเกิดพร้อมๆกันหลายความถี่ หรืออาจเกิดขึ้นได้โดยไม่ใช้ความร้อน เช่น แสงจากหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์ หิงห้อย เห็ดเรืองแสง
เลเซอร์ เป็นแหล่งกำเนิดแสงอาพันธ์ที่ให้แสงโดยไม่อาศัยความร้อน มีความถี่และเฟสคงที่ จึงสามารถใช้เลเซอร์ในการสื่อสารได้ ถ้าใช้เลนซ์รวมแสงให้ความเข้มสูงๆ จะใช้เลเซอร์ในการผ่าตัดได้ โดยบริเวณที่แสงเลเซอร์ตก จะเกิดความร้อน
5. รังสีอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet rays) หรือ รังสีเหนือม่วง มีความถี่ช่วง 1015 - 1018 Hz เป็นรังสีตามธรรมชาติส่วนใหญ่มาจากการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ ซึ่งทำให้เกิดประจุอิสระและไอออนในบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ ไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านสิ่งกีดขวางหนาๆได้ ทะลุผ่านแก้วได้บ้างเล็กน้อย แต่ผ่านควอตซ์ได้ดี แต่สามารถทำให้เชื้อโรคบางชนิดตายได้สร้างขึ้นได้โดยผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในหลอดที่บรรจุไอปรอท เช่นในหลอดฟลูออเรสเซนต์ การเชื่อมโลหะด้วยไฟฟ้ายังทำให้เกิดรังสีอัลตราไวโอเลตความเข้มสูง ในปริมาณที่เป็นอันตรายต่อนัยน์ตา จึงจำเป็นต้องสวมแว่นสำหรับป้องกันโดยเฉพาะ
หากร่างกายได้รับรังสีในขนาดต่ำจะเป็นประโยชน์ต่อการสร้าง ไวตามินดี แต่ถ้าได้รับมากเกินไปเป็นเวลานานจะมีผลในการทำลายระบบภูมิคุ้มกันของร่างกาย รวมทั้ง ผิวหนัง ตา และก่อให้เกิดมะเร็ง โดยรังสี UV ทำให้ผิวหนังร้อนแดงได้อย่างเฉียบพลัน และถ้าได้รับรังสีมากก็จะทำให้เกิดเป็น เม็ดพุพอง และทำลายเซลล์ผิวหนังชั้นบน
ผลของรังสี UV ต่อตาอย่างเฉียบพลัน คือ กระจกตาอักเสบ (photokeratitis) และเยื่อตาขาวอักเสบ (photoconjunctivitis) ซึ่งป้องกันได้ด้วยการสวมแว่นกันแดดที่เหมาะสม แต่ผล ต่อเนื่องเรื้อรังที่จะเกิด คือ การเกิดต้อเนื้อ มะเร็งของเยื่อตาขาวชนิด squamous cell และต้อกระจก
6. รังสีเอกซ์ (X-rays) หรือ รังสีเรินเกนต์ มีความถี่ช่วง 1016 - 1022 Hz สามารถทะลุสิ่งกีดขวางหนา ๆ ได้ แต่ถูกกั้นได้ด้วยอะตอมของธาตุหนัก จึงใช้ตรวจสอบรอยร้าวในชิ้นโลหะขนาดใหญ่ ใช้ตรวจหาอาวุธปืนในกระเป๋าเดินทาง ในทางการแพทย์ในการตรวจดูความผิดปกติของอวัยวะภายในร่างกาย รวมถึงเมื่อให้รังสีเอ็กซ์ที่มีความยาวคลื่นประมาณ 10-10 เมตรซึ่งมีขนาดใกล้เคียงกับขนาดอะตอมและช่องว่างระหว่างอะตอมของผลึก ผ่านก้อนผลึกอะตอมที่จัดเรียงตัวกันอย่างมีระเบียบทำให้รังสีเอ็กซ์เลี้ยวเบนอย่างมีระเบียบ เช่นเดียวกับเมื่อแสงผ่านเกรตติง จึงใช้วิเคราะห์โครงสร้างของผลึกได้
การผลิตรังสีเอ็กซ์ วีธีหนึ่งใช้หลักการเปลี่ยนความเร็วของอิเล็กตรอน
7. รังสีแกมมา (g-rays) มีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้ามีความถี่สูงกว่ารังสีเอกซ์ มีอำนาจทะลุทะลวงสูง ที่พบในธรรมชาติ เช่น รังสีที่เกิดจากการแผ่สลายของสารกัมมันตภาพรังสี รังสีคอสมิคที่มาจากอวกาศก็มีรังสีแกมมาได้ และสามารถทำให้เกิดขึ้นได้ เช่น การแผ่รังสีของอนุภาคไฟฟ้าที่ถูกเร่งด้วยความต่างศักย์ไฟฟ้าสูงๆ ในเครื่องเร่งอนุภาค
