คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic waves เรียกอย่างย่อว่า EM) ซึ่งประกอบด้วย สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าเคลื่อนที่ทำมุมตั้งฉากกัน ระยะทางระหว่างยอดคลื่นหนึ่งถึงยอดคลื่นถัดไปเรียกว่า ความยาวคลื่น (Wavelength) ดังแสดงในภาพที่ 1
ภาพที่ 1 คุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
แสงที่ตามองเห็น (Visible light) เป็นส่วนหนึ่งของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ในช่วงความยาวคลื่น 400 – 700 นาโนเมตร (1 nm = 10-9 m หรือ 1/พันล้านเมตร) หากนำแท่งแก้วปริซึมมาหักเหแสงอาทิตย์ แสงสีขาวถูกหักเหออกเป็นสีม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง คล้ายกับสีของรุ้งกินน้ำ เรียกว่า “สเปกตรัม” (Spectrum) แสงแต่ละสีมีความยาวคลื่นแตกต่างกัน สีม่วงมีความยาวคลื่นสั้นที่สุด (400 nm) สีแดงมีความยาวคลื่นมากที่สุด (700 nm) นอกจากแสงที่ตามองเห็นแล้ว ยังมีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดอื่นๆ 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
หมายเหตุ
ตำราดาราศาสตร์ส่วนใหญ๋กำหนดให้ คลื่นไม่โครเวฟเป็นส่วนหนึ่งของคลื่นวิทยุ
บางตำราให้หน่วยความยาวคลื่อนเป็น อังสตรอม โดยที่ 1 เมตร = 10,000 ล้านอังสตรอม หรือ 1 nm = 10 อังสตรอม
ภาพที่ 2 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทต่างๆ
เราสามารถนำความยาวคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าต่างๆ มาเปรียบเทียบกับขนาดของสรรพสิ่งต่างๆ บนโลกได้ดังภาพที่ 3 คลื่นแสงที่ตามมนุษย์มองเห็นมีขนาดความยาวคลื่นเท่าโปรโตซัว คลื่นที่มีขนาดเล็กหรือใหญ่กว่านี้ไม่อาจมองเห็นด้วยตาได้ แต่อาจรับรู้ด้วยประสาทสัมผัส เช่น รังสีอินฟราเรดทำให้เกิดความอบอุ่น รังสีอัลตราไวโอเล็ตทำให้ผิวหนังไหม้
ภาพที่ 3 เปรียบเทียบความยาวคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
นักวิทยาศาสตร์แบ่งประเภทของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยใช้ความยาวคลื่นเป็นตัวกำหนดแล้ว แต่วงการวิทยุโทรคมนาคมนิยมใช้ความถี่ของคลื่นเป็นตัวกำหนด คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเดินทางโดยไม่ต้องใช้ตัวกลางด้วยความเร็วคงที่ 300,000,000 เมตร/วินาที เราสามารถคำนวณหาค่าความถี่ได้จากสูตร
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