คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

        แสง คือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic waves เรียกย่อๆ ว่า EM) ซึ่งประกอบด้วย สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าเคลื่อนที่ทำมุมตั้งฉากกัน  ระยะทางระหว่างยอดคลื่นหนึ่งถึงยอดคลื่นถัดไปเรียกว่า ความยาวคลื่น (Wavelength) ดังภาพที่ 1 

ภาพที่ 1 คุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

        แสงที่ตามองเห็น (Visible light) เป็นส่วนหนึ่งของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ในช่วงคลื่น 400 – 700 นาโนเมตร (1 nm = 10-9 m หรือ 1/พันล้านเมตร) หากนำแท่งแก้วปริซึมมาหักเหแสงอาทิตย์ เราจะเห็นว่าแสงสีขาวถูกหักเหออกเป็นสีม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง คล้ายกับสีของรุ้งกินน้ำ เรียกว่า “สเปกตรัม” (Spectrum) แสงแต่ละสีมีความยาวคลื่นแตกต่างกัน สีม่วงมีความยาวคลื่นสั้นที่สุด (400 nm) สีแดงมีความยาวคลื่นมากที่สุด นอกจากแสงที่ตามองเห็นแล้วยังมีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดอื่นๆ เรียงตามขนาดความยาวคลื่นจากน้อยไปมาก ดังภาพที่ 2 ได้แก่

        • รังสีแกมมา (Gamma ray) ความยาวคลื่นน้อยกว่า 0.01 nm 
        • รังสีเอ็กซ์ (X-ray) มีความยาวคลื่น 0.01 - 1 nm 

        • รังสีอุลตราไวโอเล็ต (Ultraviolet radiation) มีความยาวคลื่น 1 - 400 nm 

        • แสงที่ตามองเห็น (Visible light) มีความยาวคลื่น 400 – 700 nm 
        • รังสีอินฟราเรด (Infrared radiation) มีความยาวคลื่น 700 nm – 1 mm 
        • คลื่นไมโครเวฟ (Microwave) มีความยาวคลื่น 1 mm – 10 cm 

        • คลื่นวิทยุ (Radio wave) ความยาวคลื่นมากกว่า 10 cm

       

ภาพที่ 2 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทต่างๆ


        เราสามารถนำความยาวของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าต่างๆ มาเปรียบเทียบกับขนาดของสรรพสิ่งบนโลก จะได้ดังภาพที่ 3  คลื่นแสงที่ตามมนุษย์มองเห็นมีขนาดความยาวคลื่นเท่าโปรโตซัว  คลื่นที่มีขนาดเล็กหรือใหญ่กว่านี้ไม่อาจมองเห็นด้วยตาได้ แต่อาจรับรู้ด้วยประสาทสัมผัส เช่น ถ้ารังสีอินฟราเรดทำให้เกิดความอบอุ่น รังสีอัลตราไวโอเล็ตทำให้ผิวหนังไหม้ 



        นอกจากนักวิทยาศาสตร์จะแบ่งประเภทของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยใช้ความยาวคลื่นเป็นตัวกำหนดแล้ว แต่บางครั้งในวงการวิทยุโทรคมนาคม เรานิยมใช้ความถี่ของคลื่นเป็นตัวกำหนด เนื่องจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกประเภทเดินทางโดยไม่ต้องใช้ตัวกลางด้วยความเร็วคงที่  300,000,000 เมตร/วินาที  เราสามารถคำนวณหาค่าความถี่ได้โดยใช้สูตร 
                
                         λ = c / f 
        ความยาวคลื่น = ความเร็วแสง / ความถี่ 
        ความยาวคลื่น (λ) = ระยะห่างระหว่างยอดคลื่น มีหน่วยเป็นเมตร (m) 
        ความถี่ (f) = จำนวนคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านจุดที่กำหนด ในระยะเวลา 1 วินาที มีหน่วยเป็นเฮิรทซ์ (Hz) 
        ความเร็วแสง (c) = 300,000,000 เมตร/วินาที (m/s)

        ตัวอย่าง: คลื่นวิทยุมีความยาวคลื่น 10,000 เมตร มีความถี่ = 300,000,000/10,000 Hz = 30,000 Hz