เรื่อง การแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากสายอากาศ

คณะผู้จัดท า

นาย กฤษฎากร บุญมาพิลา

นางสาว สุพัทธิดา สีสุข

การแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากสายอากาศ

เมื่อต่อแหล่งก าเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเข้ากับสายอากาศที่อยู่ในแนวดิ่ง ประจุไฟฟ้าในสายอากาศจะเคลื่อนที่กลับไปมาด้วยความเร่งในแนวดิ่ง และเนื่องจากประจุไฟฟ้าที่เคล่ือนที่ด้วยความเร่งจะแผ่รังสี จึงท าให้เกดิคลื่น แม่เหล็กไฟฟ้ากระจายออกมาจากสายอากาศทุกทิศทาง ยกเว้นทิศท่ีอยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกับสายอากาศ การเกดิคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในทิศตั้งฉากกับสายอากาศเป็นดังรูป จากรูป แสดงสายอากาศซ่ึงเป็นแท่งโลหะ สองแท่งต่อกับแหล่งก าเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ถ้าความต่างศักย์เปลี่ยนแปลงกับเวลาในรูปไซน์ จะท าให้ประจุไฟฟ้าในสายอากาศเคล่ือนที่กลับไปมาในแท่งโลหะทั้งสองและจะมีคล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้ากระจายออกมาโดยรอบ

รูป2แผนภาพการเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเนื่องจากประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่กลับไปมาในสายอากาศและสนามไฟฟ้า

เคลื่อนทจากสายอากาศด้วยความเร็วแสง (ไม่ได้แสดงสนาม ไว้ในรูป)

เมื่อเวลา แท่งโลหะล่างได้รับประจุไฟฟ้าบวกมากที่สุด ส่วนแท่งโลหะบนได้รับประจุไฟฟ้าลบมากที่สุดท าให้เกิดสนามไฟฟ้า ซึ่งมีค่ามากที่สุดและมีทิศพุ่งขึน้ที่จุด P (สนามไฟฟ้าแทนด้วยเวกเตอร์ และใช้สัญลักษณ์เป็นลูกศร) เมื่อเวลาผ่านไป สนามไฟฟ้าจะลดลงท าให้สนามไฟฟ้าที่เกิดใกล้สายอากาศกม็ีค่าลดลงด้วย ในขณะเดียวกัน สนามไฟฟ้าทีม่ีค่ามากที่สุด ณ เวลา จะเคลื่อนที่จากสายอากาศด้วย ความเร็ว เท่ากัน

ความเร็วแสงและเมื่อประจุไฟฟ้าเป็นกลาง ณ เวลา ( แทนคาบซึ่งเป็นเวลาทีป่ระจุไฟฟ้าในแท่งโลหะทัง้สองเคลื่อนที่กลบัไปมาครบรอบ) ดังรูป 2 (ข) ขณะนี้สนามไฟฟ้าที่จุด P จะลดลงเป็นศูนย์เมือ่เวลาผ่านไป แท่งโลหะบนจะมีประจุไฟฟ้าบวกมาก ที่สุดและแท่งโลหะล่างจะมีประจไุฟฟ้าลบมากที่สุด สนามไฟฟ้าที่จุด P จึงมีค่ามากที่สุดและมีทิศพุ่งลง ดังรูป 2 (ค) หลังจากนั้นประจุไฟฟ้าในแท่งโลหะจะลดน้อยลงเรื่อย ๆ ในสนามไฟฟา้ที่เกิดขึ้นใกลก้ับสายอากาศก็จะมีค่าน้อยลง ๆ เชน่กัน ขณะที่สนามไฟฟ้าที่มีค่ามากที่สุด ณ เวลา จะเคลื่อนที่ออกจากสายอากาศด้วยอัตราเร็วเดียวกบัแสง

ต่อมาเมื่อถึงเวลา ประจุไฟฟ้าในแท่งโลหะทั้งสองเปน็กลาง ท าให้สนามไฟฟ้าใกล้กับสายอากาศเป็นศูนย์อีก ดังรูป 2 (ง) เมื่อเวลาของการเคลื่อนที่กลับไปมาของประจุไฟฟ้าครบรอบ คือ จะได้สนามไฟฟ้า

ดังรูป 2 (จ) สนามไฟฟ้าจะเกิดขึ้นตามกระบวนการซ้ ารอยเดิม เมื่อประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ครบรอบเสมอ ส าหรับ สนามแม่เหล็ก จะถูกเหนี่ยวน าให้เกิดขึ้นในทันทีที่มีสนามไฟฟ้า เกิดขึ้น สนามไฟฟ้าทั้งสองจะมีการ เปลี่ยนแปลงด้วยเฟสตรงกนั ถา้สนามไฟฟ้าเป็นศูนย์ สนามแม่เหลก็ก็เป็นศูนย์ด้วยทิศของสนามไฟฟ้า และสนามแม่เหล็กจะตั้งฉากซึ่งกนัและกัน ขณะเดียวกันทิศของสนามทั้งสองก็ตั้งฉากกบัทิศของความเร็วในการเคลื่อนที่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าด้วย คล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้าจึงเป็นคลื่นตามขวาง

รูป 3 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วย และ ที่ต้ังฉากกัน รูป 4 ผลคูณเชิงเวกเตอร์ของ และ

รูป 3 แสดงสนามแม่เหล็ก ที่เกิดจากการเหนี่ยวน าของสนามไฟฟ้า ที่เปลี่ยนแปลง สนามไฟฟ้า และ

สนามแม่เหล็กจะเคลื่อนที่ไปตามแกน x ด้วยความเร็ว เราอาจหาทิศของ โดยใช้ผลคูณเชิงเวกเตอร์ของ และ โดยใช้กฎมือขวา ถ้าก านิ้วทั้งสี่ของมือขวาในทิศจาก ไป ผ่านมุม 90 องศา นิ้วหัวแม่มือจะชี้ทิศของ

ดังรูป 4 อาจสรุปสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ได้ดังนี้สนามไฟฟ้า และสนามแม่เหล็ก มีทิศตั้งฉากซ่ึงกันและกันและตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเสมอ ดังนั้นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจึงเป็นคล่ืนตามขวางสนามไฟฟ้า และสนามแม่เหล็ก เป็นฟังก์ชันรูปไซน์ และสนามทั้งสองจะเปลี่ยนแปลงตามเวลา