ความรู้พื้นฐานทางแสง

1 พฤษภาคม 2017   admin   1,299 views

ความรู้พื้นฐานทางแสง

 

แสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่สามารถมองเห็นได้ แสงที่เรามองเห็นอยู่นั้น สามารถจำแนกได้เป็น 2 ประเภท

1. แสงที่เกิดจากธรรมชาติ  เช่น แสงจากดวงอาทิตย์ ดวงดาว ฟ้าแลบ ฟ้าผ่า หรือแสงที่เกิดจากสัตว์บางชนิด เช่น หิ่งห้อย โดยแหล่งกำเนิดแสงของธรรมชาติ จะเกิดจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงมาก เช่น ดวงอาทิตย์ เช่นเดียวกัน แสงสว่างบนโลกของเราส่วนใหญ่นั้น ได้มากจากแสงของดวงอาทิตย์ที่แผ่พลังงานออกมารอบๆ และส่องมายังโลก และดวงดาวอื่นๆด้วย

2. แสงที่มนุษย์ประดิษฐ์ขึ้น เช่น แสงจากไฟฉาย หลอดไฟ ตะเกียง เทียนไข หรือการเผาไหม้เชื้อเพลิงต่างๆ มนุษย์นั้นได้ประดิษฐ์สิ่งที่เป็นแหล่งกำเนิดแสง ขึ้น เพื่อใช้ในเวลากลางคืน เช่น เทียนไข คบเพลิง แต่แสงเหล่านี้เกิดจากการเผาไหม้ทำให้เกิดมลพิษทางอากาศ จนกระทั่งนักประดิษฐ์ชาวอเมริกัน นามว่า ทอมัส แอลวา เอดิสัน ได้จดสิทธิบัตรในการประดิษฐ์หลอดไฟขึ้น ในยุคแรกนั้นเป็นหลอดไฟฟ้าแบบมีไส้  แต่พลังงานไฟฟ้าส่วนใหญ่นั้นจะเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนมากกว่าที่จะเป็นแสงสว่างเสียอีก

แสงจะรวมตัวกันในแต่ละความยาวคลื่น (หน่วยเป็น นาโนเมตร, nm) เป็นแสงสีขาวที่เรามองเห็น ความยาวคลื่นแสงจะเริ่มตั้งแต่ ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง ในสายตาที่มนุษย์เรามองเห็น ช่วงความยาวคลื่น 380nm. – 750nm. ถ้าความยาวคลื่นแสงต่ำกว่าสายตาที่มนุษย์เรามองเห็นจะเรียกว่า “แสงยูวี”  และถ้าความยาวคลื่นแสงมากกว่าสายตาที่มนุษย์เรามองเห็น เค้าจะเรียกว่าแสงอินฟาเรด

picture4ความยาวคลื่นแสง

picture2

ความยาวคลื่นแสงแต่ละช่วง

           มนุษย์เราใช้ประโยชน์จากความคลื่นแสง จึงใช้ช่วงความยาวคลื่น 370nm. ซึ่งความยาวคลื่นแสงช่วงนี้แมลงจะชอบมาก เราจึงมีหลอดล่อแมลงที่เรียกว่า “หลอดยูวี” แต่มนุษย์เราก็ยังสับสนว่าเมื่อเปิดสวิทช์ไฟหลอดยูวีแล้วมันเหมือนไม่ค่อยสว่าง เหตุผลก็คือความยาวคลื่นของแสงยูวีจะต่ำกว่ามนุษย์เรามองเห็นนั้นเอง ถ้าอยากจะทดสอบว่าหลอดสว่างขนาดไหน ก็ต้องหากระดาษสีเป็นสีขาวแล้ววางที่ระยะ 4เมตร 5 เมตร หรือไกลกว่านั้น เราจะเห็นแสงยูวีมากระทบกระดาษให้เรามอกเห็นนั้นเอง ถ้าหลอดยูวีเรามอกด้วยตาเปล่าแล้วรู้สึกว่ามันสว่างมาก นั้นแสดงว่ามันเหมาะกับสายตามนุษย์และไม่เหมาะกลับการล่อแมลง ในทำนองเดียวกัน ช่วงความยาวคลื่นแสง 580nm. ความยาวคลื่นแสงช่วงนี้แมลงจะไม่ชอบเอามากๆ เพราะแมลงเห็นแสงนี้เหมือนกันเราเอาตามองดวงอาทิตย์แล้วเห็นแสงที่จ้าตามากๆ ทำให้รู้สึกไม่สบายตาจึงเลี่ยงที่จะอยู่ในพื้นทีนั้นๆ

picture3

หลอดล่อแมลง                                 หลอดไล่แมลง

          ถ้าเราต้องการจะแยกแสงจากธรรมชาติ หรือมนุษย์สร้างขึ้น จะต้องให้แห่งกำเนิดแสงส่องผ่านปริซึม เราจะเห็นความต่อเนื่องของความยาวคลื่นแสงแต่ละประเภทได้

picture1

แหล่งกำเนิดแสงที่ถูกส่องผ่านปริซึม

picture5

 

 

spectrum

สเปคตรัมแสงแต่ละประเภท

หน่วยที่ใช้ในการวัดแสง

  • ความจ้า (brightness) หรือ อุณหภูมิ(temperature)
  • ความสว่าง (illuminance หรือ illumination) (หน่วยSI: ลักซ์ (lux))
  • ฟลักซ์ส่องสว่าง (luminous flux) (หน่วย SI: ลูเมน (lumen))
  • ความเข้มของการส่องสว่าง (luminous intensity) (หน่วย SI: แคนเดลา (candela))

นอกจากนี้ยังมี:

  • ความสุกใสของแสง (brilliance) หรือ แอมปลิจูด (amplitude)
  • สี (color) หรือ ความถี่ (frequency)
  • โพลาไรเซชั่น (polarization) หรือ มุมการแกว่งของคลื่น (angle of vibration)
หน่วย SI ของแสง
ปริมาณ หน่วย SI ตัวย่อ หมายเหตุ
พลังงานของการส่องสว่าง จูล (joule) J
ฟลักซ์ส่องสว่าง (Luminous flux) ลูเมน (lumen) หรือ แคนเดลา · สเตอเรเดียน (candela · steradian) lm อาจเรียกว่า กำลังของความสว่าง (Luminous power)
ความเข้มของการส่องสว่าง (Luminous intensity) แคนเดลา (candela) cd
ความเข้มของความสว่าง (Luminance) แคนเดลา/ตารางเมตร (candela/square metre) cd/m2 อาจเรียกว่า ความหนาแน่นของความเข้มการส่องสว่าง
ความสว่าง (Illuminance) ลักซ์ (lux) หรือ ลูเมน/ตารางเมตร lx
ประสิทธิภาพการส่องสว่าง (Luminous efficacy) ลูเมน ต่อ วัตต์ (lumens per watt) lm/W
Tags: