สอนวิทย์มัธยม 1: เริ่มรู้จักคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

สืบเนื่องจากการบ้านคราวที่แล้วผมให้เด็กไปหาความยาวคลื่นแสงสีแดงมาเปรียบเทียบกับขนาดตัวคนว่าใหญ่กว่ากันกี่เท่า เด็กๆก็ไปหามาได้ว่าความยาวคลื่นประมาณ 700 nm หรือ 0.7 μm หรือขนาดอยู่ในระดับเดียวกับขนาดแบคทีเรีย E. coli แต่ใหญ่กว่าขนาดไวรัสหลายเท่าเพราะไวรัสเล็กกว่า E. coli ประมาณ 10 ถึง 100 เท่า

เด็กๆพบว่าแสงสีต่างๆกันมีความยาวคลื่นไม่เท่ากัน ผมเลยเล่าให้ฟังว่าจริงแล้วแสงที่เรามองเห็น เป็นส่วนเล็กๆของสิ่งที่เรียกว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic waves) คือถ้ามีประจุไฟฟ้าขยับไปมาเร็วๆ มันจะสร้างคลื่นให้วิ่งออกมา คลื่นนี้ประกอบด้วยสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงไปมาเป็นจังหวะ เราจะแบ่งแยกและตั้งชื่อคลื่นเหล่านี้ตามความถี่ในการสั่นของคลื่น (หรือในทางกลับกันตามความยาวคลื่นก็ได้ เพราะความถี่ในการสั่นแปรผกผันกับความยาวคลื่น)

จินตนาการหน้าตาของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าครับ (จาก https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_radiation)
จินตนาการหน้าตาของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าครับ (จาก https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_radiation)

ผมไล่ชื่อของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามรูปนี้ให้เด็กๆเห็นความถี่และเข้าใจคุณสมบัติมันว่าใช้ทำอะไรบ้างครับ:

จำแนกคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามความถี่
จำแนกคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามความถี่
ขนาดคลื่นเทียบกับของต่างๆครับ
ขนาดคลื่นเทียบกับของต่างๆครับ

เราเริ่มตั้งแต่วิทยุ A.M. (ความถี่ประมาณ 1 ล้านครั้งต่อวินาที หรือ 1 MHz) วิทยุ F.M. และทีวี (ความถี่ประมาณ 100 ล้านถึงพันล้านครั้งต่อวินาที หรือ 100 MHz-1GHz) คลื่นพวกนี้ใช้ส่งวิทยุและทีวีเสาอากาศ

พวกคลื่นไมโครเวฟ (ความถี่หลักพันล้านถึงหลายพันล้านครั้งต่อวินาที) จะใช้สื่อสารในโทรศัพท์มือถึอ กระจายสัญญาณ WiFi และใช้ในเตาไมโครเวฟอุ่นอาหาร

พวกคลื่นความร้อนหรืออินฟราเรดหรือ IR (ความถี่ประมาณล้านล้านถึงร้อยล้านล้านครั้งต่อวินาที) จะเป็นแสงที่ตาเรามองไม่เห็น แต่เราจะรู้สึกเป็นความร้อน เรามีกล้องที่ใช้มองแสงอินฟราเรดทำให้เราเห็นภาพความร้อนในที่มืดสนิทได้ งูบางชนิดเช่นงูเหลือมหรืองูหางกระดิ่งมีอวัยวะจับแสงอินฟราเรดทำให้มันล่าสัตว์เลือดอุ่นตอนกลางคืนมืดๆได้

แสงที่ตาเรามองเห็น (ความถี่ประมาณเกือบๆพันล้านล้านครั้งต่อวินาที) เป็นแสงที่เราใช้มองโลกรอบๆตัวเรา เป็นช่วงแคบๆในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีทั้งหมด

แสงอัลตร้าไวโอเลตหรือ UV (ความถี่ประมาณพันล้านล้านถึงหมื่นล้านล้านครั้งต่อวินาที) เป็นแสงที่เรามองไม่เห็นแต่มีพลังงานมากพอที่จะทำลายพันธะเคมีต่างๆในเซลล์เราได้ เวลาเราตากแดดนานๆเราถึงอาจเป็นมะเร็งผิวหนังครับ ถ้าโดนตานานๆตาเราก็เสื่อม เอาพลาสติกไปตากแดดนานๆก็กรอบได้เพราะ UV ไปยุ่งกับเคมีของพลาสติก

รังสีเอ็กซ์หรือ X-Ray (ความถี่ประมาณล้านล้านล้านครั้งต่อวินาที) จะสามารถวิ่งผ่านสิ่งต่างๆได้เยอะ เวลาเรามาฉายร่างกายเรา เราก็จะเห็นเงาจากการที่แสง X-Ray วิ่งผ่านตัวเรา พลังงานเยอะพอที่จะทำให้เซลล์เราพังและเป็นมะเร็งได้ โลหะหนักๆเช่นตะกั่วจะกันไม่ให้วิ่งผ่านได้ คนที่อยู่ใกล้เครื่อง X-Ray ถึงมีเสื้อคลุมที่บุตะกั่วไว้กันไม่ให้วิ่งผ่านร่างกายมากนัก

รังสีแกมม่าหรือ Gammy Ray (ความถี่มากกว่าประมาณสิบล้านล้านล้านครั้งต่อวินาทีขึ้นไป) เป็นแสงที่มีพลังงานมาก เกิดจากสารกัมมันตภาพรังสีหรือเหตุการณ์ดาวระเบิดหรือหลุมดำกินดาว ร่างกายเราโดนเข้าไปจะพังครับ

ก่อนเลิกเรียนผมเอาวิดีโอที่คนโยนโซเดียมลงน้ำให้เด็กๆดูครับ:

 เวลาโซเดียมโดนน้ำ จะเกิดความร้อนและก๊าซไฮโดรเจนครับ ถ้าร้อนพอไฮโดรเจนก็จะติดไฟแล้วระเบิดอย่างในคลิป

ปฏิกิริยาเคมีหน้าตาเป็นอย่างนี้ครับ:

2 Na(s) + 2H2O(l) –> 2 NaOH(aq) + H2(g)

ตอนวิดีโอจบ เด็กๆเห็นพรีวิววิดีโอยิงกระสุนโซเดียมใส่น้ำเราเลยดูต่อกันครับ:

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *