รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic radiation)
  

           รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ประกอบด้วยช่วงคลื่นที่มีความยาวคลื่นต่างๆกัน นับตั้งแต่
ช่วงคลื่นวิทยุที่มีพลังงานน้อยสุดจนถึงรังสีแกมมาที่มีพลังงานมากสุดดังรูปที่ 1.2
แล้วรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเหล่านี้มีคุณค่าต่อมนุษย์เราอย่างไรบ้าง?

  
 
รูปที่ 1.2 แสดงช่วงคลื่นต่างๆ ในรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า
 
รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าต่อชีวิตประจำวัน
(electromagnetic radiation for daily life)
 

          คลื่นวิทยุ (radiowave) เป็นช่วงคลื่นที่ใช้ในการส่งข่าวสารจากเครื่องส่งของ
สถานีไปยังเครื่องรับตามบ้าน คลื่นวิทยุมีสมบัติที่น่าสนใจคือ สามารถหักเหและสะท้อน
ได้ในชั้นบรรยากาศซึ่งเต็มไปด้วยอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าอยู่เป็นจำนวนมาก
เมื่อคลื่นวิทยุเคลื่อนที่ในชั้นบรรยากาศจะสามารถสะท้อนกลับสู่ผิวโลกได้ สมบัติข้อนี้
ี้ทำให้สามารถใช้คลื่นวิทยุในการสื่อสารเป็นระยะทางไกล ๆ ได้
      คลื่นไมโครเวฟ (microwave) ใช้ในการส่งสัญญาณโทรทัศน์ และใช้ใน
เตาไมโครเวฟ เป็นต้น คลื่นนี้จะไม่สะท้อนกลับในชั้นบรรยากาศแต่จะทะลุออกนอกโลก
ไปเลย เราจึงสามารถส่งคลื่นไมโครเวฟไปยังดาวเทียมที่โคจรรอบโลกเพื่อสะท้อนคลื่น
กลับมายังสถานีรับที่อยู่ห่างไกลออกไปได้ นอกจากนี้คลื่นไมโครเวฟยังสะท้อนจากผิว
โลหะได้ดี ซึ่งได้มีการนำเอาสมบัติข้อนี้ไปใช้ประโยชน์ในการตรวจหาอากาศยานที่
เรียกว่า เรดาร์ ได้อีกด้วย

         รังสีอินฟราเรด (infrared) ปัจจุบันมีการนำเอาอินฟราเรดมาใช้ในอุปกรณ์หลาย
อย่างเช่น ใช้ในระบบควบคุมที่เรียกว่า รีโมทคอนโทรล (remote control) หรือ
การควบคุมระยะไกล ซึ่งเป็นระบบสำหรับควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ต่าง ๆ
จากระยะไกล โดยรังสีอินฟราเรดจะเป็นตัวนำคำสั่งจากเครื่องควบคุมไปยังเครื่องรับ
ี้ในทางทหารได้มีการนำเอารังสี อินฟราเรด มาใช้เกี่ยวกับการควบคุมให้อาวุธนำวิถี
เคลื่อนที่ไปยังเป้าหมายได้อย่างถูกต้อง ปัจจุบันมีการส่งสัญญาณด้วยเส้นใยนำแสง
(optical fiber) โดยใช้รังสี อินฟราเรด เป็นพาหะนำสัญญาณ เนื่องจากถ้าใช้
แสงธรรมดานำสัญญาณ อาจจะถูกรบกวนจากแสงภายนอกได้ง่าย
 แสงที่มองเห็น (visible light) เป็นแสงสีขาวที่เกิดจากการรวมกันของแสงสี
ต่างๆ มีสีหลักอยู่ 7 สี คือ สีม่วง สีคราม สีน้ำเงิน สีเขียว สีเหลือง สีแสด และสีแดง
มีความยาวคลื่นตั้งแต่ 400-800 nm เมื่อแสงสีขาวตกกระทบวัตถุแล้วทําให้มองเห็น
วัตถุเป็นสีใดแสดงว่าวัตถุนั้นดูดกลืนแสงสีอื่นหมดแต่สะท้อนแสงสีที่ตามองเห็นออก
มา แต่ถ้าวัตถุนั้น ๆ ดูดกลืนแสงทุกสีไว้ได้หมดจะมองเห็นวัตถุเป็นสีดํา
 แสงอัลตราไวโอเลต (ultraviolet light) เป็นแสงที่มีคุณสมบัติในการทําให้
อิเล็กตรอนของอะตอมเกิดการเปลี่ยนระดับพลังงาน (electronic transition)
รังสีอัลตราไวโอเลตไม่สามารถทะลุผ่านสิ่งกีดขวางหนา ๆ ได้ แต่สามารถ
ทำให้เชื้อโรคบางชนิดตายได้ ร่างกายของมนุษย์ก็เช่นกันถ้าถูกแสงนี้เป็นเวลานาน
อาจเกิดอันตราย ตัวอย่างเช่น ผิวหนังไหม้เกรียม เยื่อบุลูกตาถูกทําลาย และอาจทําให้
เกิดเป็นมะเร็งของผิวหนังได้

 รังสีเอ็กซ์ (X-rays) สามารถเคลื่อนที่ทะลุผ่านสิ่งกีดขวางหนา ๆ ได้ ดังนั้น
ในทางการแพทย์จึงใช้รังสีเอ็กซ์ฉายผ่านร่างกายมนุษย์ไปตกบนฟิล์มเพื่อตรวจดู
ลักษณะผิดปกติของอวัยวะภายใน ส่วนเจ้าหน้าที่ด่านตรวจก็ใช้ตรวจหาอาวุธปืน
หรือระเบิดในกระเป๋าโดยไม่ต้องเปิดกระเป๋า นอกจากนี้เมื่อฉายรังสีเอ็กซ์ที่มี
ความยาวคลื่นประมาณ 10-10 เมตร (ซึ่งใกล้เคียงกับขนาดของอะตอมและระยะห่าง
ระหว่างอะตอมของผลึก) ผ่านก้อนผลึก อะตอมที่จัดเรียงตัวกันอย่างมีระเบียบในก้อน
ผลึกจะทำให้รังสีเอ็กซ์เลี้ยวเบนอย่างมีระเบียบ เมื่อศึกษาลักษณะการเลี้ยวเบนของ
รังสีเอ็กซ์ก็จะสามารถคำนวณหาระยะห่างระหว่างอะตอมและวิธีการจัดเรียงตัวของ
อะตอม ทำให้ทราบโครงสร้างของผลึกแต่ละชนิดได้

         รังสีแกมมา (gamma ray) เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงกว่ารังสีเอ็กซ์
เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของนิวเคลียสของธาตุ
เนื่องจากรังสีแกมมาสามารถทำลายเซลล์ของสิ่งมีชีวิตได้ เราจึงนำไปใช้ประโยชน์
ในทางการแพทย์เพื่อทำลายเซลล์มะเร็ง

 
 
รูปที่ 1.3 ตัวอย่างการนำรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ามาใช้ในชีวิตประจำวัน
 
อันตรกิริยาต่อโมเลกุล (interaction with molecules)
 
          เราทราบมาแล้วว่ารังสีแม่เหล็กไฟฟ้ามีคุณประโยชน์ต่อมนุษย์นานัปการ
แต่รู้ไหมว่าสมบัติความเป็นควอนไตซ์ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ายังมีผลต่ออันตรกิริยา
ภายในโมเลกุลของสารต่างๆ แตกต่างกัน จากประโยชน์นี้จึงได้นำรังสีแม่เหล็ก
ไฟฟ้า  มาใช้ประโยชน์ในทางวิทยาศาสตร์ เพื่อศึกษาโครงสร้าง ชนิด และ
ปริมาณสาร เป็นต้น ลองดูรูปที่ 1.4 จะเห็นว่าแต่ละช่วงคลื่นส่งผลต่อการเปลี่ยน
แปลงภายในโมเลกุลดังต่อไปนี้
 

 

 
รูปที่ 1.4  อันตรกิริยาของช่วงคลื่นต่างๆ ต่อโมเลกุล
 
   ช่วงคลื่นวิทยุ             มีผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทิศสปินของอิเล็กตรอน
   ช่วงคลื่นไมโครเวฟ   มีผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทิศทางการหมุนของโมเลกุล
   ช่วงรังสีอินฟราเรด    มีผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงการสั่นของโมเลกุล
   ช่วงวิสิเบิลและยูวี      มีผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานของ
                                  อิเล็กตรอนชั้นนอก
   ช่วงรังสีเอ็กซ์           มีผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานของอิเล็กตรอนชั้นใน
   ช่วงรังสีแกมมา        มีผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาวะของนิวเคลียส