เรียบเรียงโดย ครูธีรพงศ์ อ่อนอก สาขาฟิสิกส์โรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัย ชลบุรี บทที่ 1 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า จากบทเรียนที่ผ่านมาทราบว่า ไฟฟ้าและแม่เหล็กมีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกัน ในบทนี้จะศึกษาเกี่ยวกับการทานาย ทางคณิตศาสตร์โดยแม็กซ์เวลล์ และการทดลองของเฮิร์ตซ์ ที่แสดงให้เห็นว่า สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าเป็น องค์ประกอบของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Waves) 1.1 สมการแม็กซ์เวลล์ แม็กซ์เวลล์ได้ประมวลความรู้ที่สามารถใช้อธิบายปรากฏการณ์พื้นฐานทั้งหมดทางแม่เหล็กไฟฟ้าเป็น 4 สมการ ในกรณีปราศจากสารไดอิเลกตริกและสารแม่เหล็ก สมการทั้งสี่อยู่ในรูปต่อไปนี้ สมการที่ 1 คือ กฎของเกาส์ กล่าวว่า “ฟลักซ์ไฟฟ้าสุทธิที่ผ่านผิวปิดมีค่าเท่ากับประจุไฟฟ้าสุทธิภายในผิวปิด นั้นหารด้วยค่า 0 ” ∮ ∙ = 0 หรือ ∇ ∙ = 0 0 (1-1) หรือ สมการที่ 2 คือ กฎของเกาส์สาหรับแม่เหล็ก กล่าวว่า “ฟลักซ์แม่เหล็กสุทธิที่ผ่านผิวปิดใด ๆ มีค่าเป็นศูนย์ เสมอ” นั่นคือไม่มีขั้วแม่เหล็กเดียว ∮ ∙ = หรือ ∙ = = (1-2) สมการที่ 3 คือ กฎการเหนี่ยวนาของฟาราเดย์ กล่าวว่า “ผลอินทิเกรตเชิงเส้นของสนามไฟฟ้ารอบเส้นทาง ปิดใด ๆ มีค่าเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านเส้นทางปิดนั้น ๆ ” นั่นคือ การเปลี่ยนแปลงฟ ลักซ์แม่เหล็กก่อให้เกิดสนามไฟฟ้า ∮ ∙= − ∅ หรือ ∇ = − (1-3) สมการที่ 4 คือ กฎแอมแปร์-แมกซ์เวลล์ กล่าวว่า “ผลอินทิเกรตเชิงเส้นของสนามแม่เหล็กรอบเส้นทางปิด ใด ๆ มีค่าเท่ากับผลบวกของกระแสรวมภายในเส้นทางนั้นคูณด้วย 0 กับการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์ไฟฟ้าผ่าน เส้นทางปิดนั้นคูณด้วย 0 0 ” นั่นคือ กระแสไฟฟ้าหรือการเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้าก่อให้เกิดสนามแม่เหล็ก เมื่อพิจารณาคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นระนาบ กล่าวคือ เคลื่อนที่ในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง ในที่นี้ให้เป็นทิศทาง x และมีสนามไฟฟ้าชี้ในทิศทาง y ส่วนสนามแม่เหล็กชี้ในทิศ z ดังรูป ซึ่งสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในทิศ x จะขนานกัน ในระนาบ yz เช่นนี้ เรียกว่า เกิดการโพลาไรซ์เชิงเส้น เราสามารถแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง E กับ B โดยใช้ สมการ ( 1-3 ) และ ( 1-4) โดยถือว่าที่ว่างเปล่า ( Q 0 i 0 ) สมการ ( 1-3 ) ยังเหมือนเดิม แต่สมการ (1-4 ) จะ เปลี่ยนเป็น รูป 1-1 แสดงลักษณะคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ∮ ∙ = 0 0 ∅ (1-5) ∮ ∙ = 0 + 0 0 ∅ หรือ ∇ = 0 + 0 0 (1-4)
