แหล่งรวมความรู้

วันพุธที่ 22 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2555

Heinrich Rudolf Hertz






ประวัติ Heinrich Rudolf Hertz ความถี่ บนโลกเรา


ภาพลูกคลื่นวิ่งไปมา ในหน้าจอ ออสซิโลสโคป คงเป็นสัญลักษณ์ ที่นักเรียน นักศึกษา เกี่ยวกับด้านวิทยาศาสตร์คุ้นเคยกันเป็นอย่างดี แถมยังมีการเรียกหน่วยต่างๆ ออกมาให้เราจดจำไปใช้ในการเรียนการสอน ด้วย


แต่รู้หรือไม่ ว่าที่มีของหน่วยความถี่ ที่เรียกว่า Hertz นั้น มาจากอะไร?


หากไม่รู้ เรามีคำตอบให้


Hertz เป็นชื่อที่แต่งตั้งให้ เพื่อเป็นเกียรติ กับนักวิทยาศาสตร์ นามว่า Heinrich Rudolf Hertz  นั่นเอง

เอาล่ะ มารู้จักประวัติของ Heinrich Rudolf Hertz  กัน

ชื่อ:ไฮน์ริช  เฮิร์ตซ์ (Heinrich Rudolf Hertz )
มีชีวิตในช่วง: 1857-1891
สัญชาติ: เยอรมนี

ด้านการศึกษา

ขณะที่เขาเรียนอยู่ที่ University of Hamburg เขามีความสามารถทางด้านวิทยาศาสตร์และทางด้านภาษา ทั้งอารบิกและสันสกฤต เขาเรียนวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ ในประเทศเยอรมัน ในปี ค.ศ.1878Heinrich Rudolf Hertz หรือที่รู้จักอีกชื่อว่า เฮิรตซ์” เข้าศึกษาที่วิทยาลัยในเบอร์ลินซึ่งมี Helmholtz เป็นผู้สนับสนุน ต่อมาทำการวิจัยวิทยานิพนธ์เพื่อรับปริญญาเอก ปรากฏว่าได้คะแนนดี และเป็นที่น่าพอใจ เฮิรตซ์ จึงได้รับการแต่งตั้งเป็นผู้ช่วยของ Helmholtz ช่วยวิจัยและค้นคว้าต่างๆ ซึ่งระหว่างนั้น James Clerk Maxwell ได้เสนอทฤษฎีเกี่ยวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ขึ้นมาแต่ยังไม่มีผู้ใดสามารถพิสูจน์ได้อย่างแน่ชัด จะกระทั่งในปี ค.ศ.1880 เฮิรตซ์ได้สำเร็จการศึกษาปริญญาเอก

ด้านการทำงาน

ในปี 1883 Heinrich Rudolf Hertz ได้เป็นอาจารย์สอนด้านทฤษฎีฟิสิกส์ ที่ University of Kiel และในปี ค.ศ.1885 รับตำแหน่งศาสตราจารย์ ที่ University of Karlsruhe และที่นี่ทำให้เขาค้นพบ “คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า” จนกระทั่งในปี ค.ศ.1887 เฮิรตซ์ ได้ออกแบบการทดลองแพร่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า หรือ คลื่นวิทยุ โดยใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ ความถี่สูง และสามารถวัดความยาวคลื่นและความถี่ได้ตรงตามการคำนวณด้วยสมการของ Maxwell ต่อมา ในปี ค.ศ.1888 เฮิรตซ์ ได้สร้างเครื่องมือเพื่อใช้ในการทดลองขึ้นประกอบด้วย คอยล์ 2 ขด คือ ขดปฐมภูมิและทุติยภูมิ ให้จำนวนรอบของขดทุติยภูมิมากกว่าขดปฐมภูมิหลายเท่า ระหว่างขดทุติยภูมินั้น ให้ปลายของเส้นลวดทั้งสองห่างกันเล็กน้อย เมื่อเขาเปิด-ปิด วงจรในขดปฐมภูมิ พบว่า เกิดประกายไฟที่ช่องว่างของขดทุติยภูมิ และพบว่าลวดที่ทำเป็นรูปวงแหวนมีปลาย ทั้งสองห่างกันเล็กน้อยที่มุมห้อง เกิดประกายไฟด้วยสามารถมองเห็นได้ชัดเจนในที่มืด ดังนั้น เขาเลยตั้งชื่อว่า “Hertzian Wave” ซึ่งปัจจุบันคลื่นชนิดนี้ คือ “คลื่นวิทยุ” นั้นเอง
transverse electromagnetic wave

ด้านผลงาน

เขาได้เขียนหนังสือ Gesammelte Werke (ค.ศ.1885) และ Uber Die Beziehungen Swischen Lich Und Electricitat (ค.ศ.1890) ซึ่งเป็นภาษาเยอรมัน
ในปี ค.ศ.1930 สถาบัน IEC ได้ยกย่องเขา โดยนำชื่อ Hertz (Hz) ไปตั้งเป็นหน่วยของความถี่ในระบบ SI เป็นการวัดจำนวนครั้งที่เกิดขึ้นต่อหนึ่งหน่วยเวลา
Hertz schematic
- ขอบคุณข้อมูล : http://en.wikipedia.org/wiki/Heinrich_Hertz -

วันจันทร์ที่ 6 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2555

การเกิดภาพจากกระจกเงาและเลนส์


การเกิดภาพจากกระจกเงาและเลนส์

การเกิดภาพจากกระจกเงา
กระจกเงาราบ
กระจกเงาราบ คือ กระจกแบนราบ ซึ่งมีด้านหนึ่งสะท้อนแสง ดังนั้นภาพที่เกิดขึ้นจึงเป็นภาพเสมือน อยู่หลังกระจก มีระยะภาพเท่ากับระยะวัตถุ และขนาดภาพเท่ากับขนาดวัตถุ ภาพที่ได้จะกลับด้านกันจากขวาเป็นซ้ายของวัตถุจริง
รูปแสดงการเกิดภาพจากกระจกเงาราบ
การหาจำนวนภาพที่เกิดจากกระจกเงาราบ 2 บาน วางทำมุมกัน หาได้จากสูตร 

กำหนดให้
n = จำนวนภาพที่มองเห็น
u = มุมที่กระจกเงาราบ 2 บานวางทำมุมต่อกัน
ถ้าผลลัพธ์ n ที่ได้ไม่ลงตัว ให้ปัดเศษขึ้นเป็นหนึ่งได้
ตัวอย่างที่ 1 กระจกเงาราบ 2 บาน วางนำมุม 60 องศาต่อกัน จงหาจำนวนภาพที่เกิดขึ้น
วิธีคิด จากสูตร
= 5.5
= 6 ภาพ
 จำนวนภาพที่เกิดจากกระจกเงาราบ 2 บานวางทำมุมต่อกันเท่ากับ 6 ภาพ ตอบ
กระจกเงาผิวโค้งทรงกลม
กระจกเงาผิวโค้งทรงกลม มีอยู่ 2 ชนิด คือ กระจกเว้าและกระจกนูน
1. กระจกเว้า คือ กระจกที่ใช้ผิวโค้งเว้าเป็นผิวสะท้อนแสง หรือกระจกเงาที่รังสีตกกระทบและรังสีสะท้อนอยู่ด้านเดียวกับจุดศูนย์กลางความโค้ง ดังรูป

รูปแสดงรังสีตกกระทบและรังสีสะท้อนของกระจกเว้า
2. กระจกนูน คือ กระจกที่ใช้ผิวโค้งนูนเป็นผิวสะท้อนแสง และรังสีสะท้อนอยู่คนละด้านกับจุดศูนย์กลางความโค้ง ดังรูป
รูปแสดงรังสีตกกระทบและรังสีสะท้อนของกระจกนูน
ภาพที่เกิดจากการวางวัตถุไว้หน้ากระจกโค้งนั้นตามปกติมีทั้งภาพจริงและภาพเสมือน โดยภาพจริงจะอยู่หน้ากระจก และภาพเสมือนจะอยู่หลังกระจก โดยกระจกเว้าจะให้ทั้งภาพจริงและภาพเสมือน สำหรับขนาดของภาพมีทั้งขนาดใหญ่กว่าวัตถุ ขนาดเท่าวัตถุ และขนาดเล็กกว่าวัตถุ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับระยะวัตถุ ส่วนกระจกนูนจะให้ภาพเสมือนที่มีขนาดเล็กกว่าวัตถุทั้งสิ้น
หมายเหตุ
ภาพ (image) เกิดจากการตัดกันหรือเสมือนตัดกันของรังสีของแสงที่สะท้อนมาจากกระจกหรือหักเหผ่านเลนส์ แบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ
1. ภาพจริง เกิดจากรังสีของแสงตัดกันจริง เกิดด้านหน้ากระจกหรือด้านหลังเลนส์ ต้องมีฉากมารับจึงจะมองเห็นภาพ ลักษณะภาพหัวกลับกับวัตถุ มีทั้งขนาดใหญ่กว่าวัตถุ เท่ากับวัตถุ และเล็กกว่าวัตถุ ซึ่งขนาดภาพจะสัมพันธ์กับระยะวัตถุ เช่น ภาพที่ปรากฏบนจอภาพยนตร์ เป็นต้น
2. ภาพเสมือน เกิดจากรังสีของแสงเสมือนตัดกัน ทำให้เกิดภาพด้านหลังกระจกหรือด้านหน้าเลนส์ มองเห็นภาพได้โดยไม่ต้องใช้ฉากรับภาพ ภาพมีลักษณะหัวตั้งเหมือนวัตถุ เช่น ภาพเกิดจากแว่นขยาย เป็นต้น
ตารางแสดงตัวอย่างประโยชน์ของกระจกเว้าและกระจกนูน
กระจกเว้า
กระจกนูน
1. ทันตแพทย์ใช้ส่องดูฟันผู้ป่วย เพื่อให้เห็นภาพของฟันมีขนาดใหญ่กว่าปกติ
2. ใช้ในกล้องจุลทรรศน์เพื่อช่วยรวมแสงให้ตกที่แผ่นสไลด์ เพื่อทำให้เราเห็นภาพชัดขึ้น
1. ใช้ติดรถยนต์หรือรถจักรยานยนต์เพื่อดูรถที่ตามมาข้างหลัง และจะมองเห็นมุมที่กว้างกว่ากระจกเงาราบ
2. ใช้ติดตั้งบริเวณทางเลี้ยวเพื่อช่วยให้เห็นรถที่วิ่งสวนทางหรืออ้อมมาก็ได้
เลนส์
เลนส์ (lens) คือ วัตถุโปร่งใสที่มีผิวหน้าโค้งทำจากแก้วหรือพลาสติก เลนส์แบ่งออกเป็น 2 ชนิด ได้แก่ เลนส์นูนและเลนส์เว้า
เลนส์นูน
เลนส์นูน (convex lens) คือ เลนส์ที่มีลักษณะหนาตรงกลางและบางที่ขอบ ดังรูป
รูปแสดงลักษณะเลนส์นูน
รูปแสดงส่วนสำคัญและรังสีบางรังสีของเลนส์
เลนส์นูนทำหน้าที่รวมแสงขนานไปตัดกันที่จุดๆ หนึ่ง ซึ่งแนวหรือทิศทางของแสงที่เข้ามายังเลนส์สามารถเขียนแทนด้วยรังสีของแสง ถ้าแสงมาจากระยะไกลมากเรียกระยะนี้ว่า " ระยะอนันต์"เช่น แสงจากดวงอาทิตย์หรือดวงดาวต่างๆ แสงจะส่องมาเป็นรังสีขนาน เมื่อรังสีของแสงผ่านเลนส์จะมีการหักเหและไปรวมกันที่จุดๆ หนึ่งเรียกว่า "จุดโฟกัส (F)" ระยะจากจุดโฟกัสถึงกึ่งกลางเลนส์ เรียกว่า "ความยาวโฟกัส (f)" และเส้นตรงที่ลากผ่านจุดศูนย์กลางความโค้งของผิวทั้งสองของเลนส์เรียกว่า " แกนมุขสำคัญ (principal axis)"
ภาพที่เกิดจากเลนส์นูน
ภาพจากเลนส์นูนเป็นภาพที่เกิดจากรังสีหักเหไปพบกันที่จุดๆ หนึ่ง ซึ่งมีทั้งภาพจริงและภาพเสมือนขึ้นอยู่กับตำแหน่งวัตถุที่วางหน้าเลนส์ ดังรูป
รูปแสดงตัวอย่างภาพจริงและภาพเสมือนที่เกิดจากเลนส์นูน
(ก) การเกิดภาพเมื่อวัตถุอยู่ห่างเลนส์นูนระยะไกลกว่าความยาวโฟกัส
(ข) การเกิดภาพเมื่อวัตถุอยู่ห่างจากเลนส์นูนที่ระยะใกล้กว่าความยาวโฟกัส
รูปแสดงตัวอย่างการเกิดภาพที่ตำแหน่งต่างๆ ของเลนส์นูน

เลนส์เว้า
เลนส์เว้า (concave lens) คือ เลนส์ที่มีลักษณะบางตรงกลางและหนาที่ขอบ ดังรูป
รูปแสดงลักษณะเลนส์เว้า
ภาพที่เกิดจากเลนส์เว้า
เมื่อแสงส่องผ่านเลนส์เว้ารังสีหักเหของแสงจะกระจายออก ดังรูป
รูปแสดงภาพที่เกิดจากเลนส์เว้าเมื่อวางวัตถุที่ระยะต่างๆ
การหาชนิดและตำแหน่งของภาพจากวิธีการคำนวณ
การหาตำแหน่งภาพที่ผ่านมาใช้วิธีเขียนแผนภาพของรังสี ยังมีอีกวิธีที่ใช้หาตำแหน่งภาพคือ วิธีคำนวณ ซึ่งสูตรที่ใช้ในการคำนวณมีดังต่อไปนี้

สูตร = 

เมื่อ m คือ กำลังขยายของเลนส์
I คือ ขนาดหรือความสูงของภาพ
O คือ ขนาดหรือความสูงของวัตถุ
ในการคำนวณหาตำแหน่งและชนิดของภาพจะต้องมีการกำหนดเครื่องหมาย 1 และ 2 สำหรับปริมาณต่างๆ ในสมการดังนี้
1. s มีเครื่องหมาย + ถ้าวัตถุอยู่หน้าเลนส์ และ s มีเครื่องหมาย - ถ้าวัตถุอยู่หลังเลนส์
2. s' มีเครื่องหมาย + ถ้าวัตถุอยู่หลังเลนส์ และ s' มีเครื่องหมาย - ถ้าวัตถุอยู่หน้าเลนส์
3. f ของเลนส์นูนมีเครื่องหมาย + และ f ของเลนส์เว้ามีเครื่องหมาย -
ตัวอย่างที่ 2 วางวัตถุห่างจากเลนส์นูนเป็นระยะ 12 เซนติเมตร ถ้าเลนส์นูนมีความยาวโฟกัส 5 เซนติเมตร จะเกิดภาพชนิดใด และที่ตำแหน่งใด
ตัวอย่างที่ 3 วางวัตถุห่างจากเลนส์นูนเป็นระยะ 25 เซนติเมตร ปรากฏว่าเกิดภาพเสมือนห่างจากเลนส์ 15 เซนติเมตร เลนส์นี้เป็นเลนส์ชนิดใดและมีความยาวโฟกัสเท่าไร
วิธีทำ จากสูตร 
ค่า f เป็นลบ มีค่า 37.5 เซนติเมตร เป็นเลนส์เว้า ตอบ
ตัวอย่างที่ 4 วางวัตถุห่างจากเลนส์เว้าเป็นระยะทาง 20 เซนติเมตร เกิดภาพหน้าเลนส์และอยู่ห่างจากเลนส์ 8 เซนติเมตร จงหาความยาวโฟกัสของเลนส์เว้าและกำลังขยายของเลนส์
 ความยาวโฟกัสของเลนส์เว้าเท่ากับ 13.3 เซนติเมตร ตอบ 
หากำลังขยายใช้สูตร

แทนค่า

= -0.4
 ภาพที่เกิดเป็นภาพเสมือน มีกำลังขยายเท่ากับ 0.4 เท่าของวัตถุ ตอบ


*อ้างอิง http://www.maceducation.com/e-knowledge/2432209100/20.htm