ทฤษฎีอนุภาค (Particle Theory)
การอธิบายลักษณะพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ายังสามารถอธิบายได้ด้วย ทฤษฎีอนุภาค
(Particle Theory) กล่าวคือ การแผ่รังสีของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ประกอบด้วยหน่วยอิสระที่เรียกว่าโฟตอน(Photon) หรือควันตา (Quanta) พลังงานของแต่ละควันตาจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความถี่ของคลื่น ดังนี้
โดยที่ E = พลังงานของ 1 quantum มีหน่วยเป็น Joules
h = ค่าคงที่ของพลังค์(Planck's constant) = 6.626 x 10-34 J.sec
f = ค่าความที่คลื่น
หรืออาจจะเปลี่ยนให้อยู่ในรูปความยาวคลื่นได้ดังนี้
ดังนั้นพลังงานจะเป็นสัดส่วนผกผันกับความยาวคลื่น คือ ความยาวคลื่นมากจะให้พลังงานต่่าดังนั้น ถ้าวัตถุใดส่งพลังงานช่วงคลื่นยาว เช่น ไมโครเวฟ การตรวจรับพลังงานโดยอุปกรณ์ทางการสำรวจข้อมูลจากระยะไกลที่ช่วงคลื่นนี้จะยากกว่าการตรวจรับพลังงานที่ช่วงคลื่นสั้น ดังนั้น ถ้าต้องการบันทึกพลังงานช่วงคลื่นยาวจะต้องบันทึกพลังงานในบริเวณกว้างและใช้เวลาในการบันทึกนานพอ
Stefan-Boltzmann Law
ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่สำคัญที่สุดของการสำรวจข้อมูลจากระยะไกล อย่างไรก็ตาม สสารทุกชนิดที่มีอุณหภูมิสูงกว่า องศาสมบูรณ์(0 องศา K หรือ -273 องศา C) จะสามารถเปล่งพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่อง โดยมีขนาดและส่วนประกอบของช่วงคลื่นแตกต่างกันไป ซึ่งพลังงานที่วัตถุแผ่ออกมามากน้อยเพียงใดขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของผิววัตถุ สามารถค านวณได้จาก กฏของStefan Boltzmann ดังนี้
การแผ่พลังงานทั้งหมดจากวัตถุจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิสมบูรณ์กำลัง 4 ดังนั้นจะเห็นได้ว่าพลังงานที่ออกมาจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น
โดยกฎนี้จะใช้ได้กับวัตถุที่มีลักษณะเรียกว่า เทหวัตถุสีดำ (Black Body) ซึ่งเป็นวัตถุสมมุติที่มีคุณสมบัติในการดูดกลืนพลังงานทั้งหมด ที่มาตกกระทบ (Incident energy) และจะแผ่พลังงานออกไปได้สูงสุด ณ อุณหภูมิต่างๆ ซึ่งในความเป็นจริงไม่มีวัตถุใดที่มีสภาพแบบนี้มีเพียงใกล้เคียงเท่านั้น โดยพลังงานที่แผ่ออกไปจะแปรผันกับอุณหภูมิของวัตถุและความยาวช่วงคลื่น และมีการกระจายตัวของสเปคตรัมแตกต่างกันไปซึ่งวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงกว่า จะให้พลังงานออกมาสูงกว่า โดยเอียงไปทางด้านที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่า เช่น ที่อุณหภูมิผิวดวงอาทิตย์(6000 K) Black body จะปล่อยพลังงานสูงสุด ที่ช่วงคลื่นแสงสว่าง (visible band) ในขณะที่ ณ อุณหภูมิผิวโลก (300 K) จะปล่อยพลังงานสูงสุด ที่ช่วงคลื่นอิฟราเรดความร้อน (Thermal infrared band) เป็นต้น
 |
| ลักษณะการแผ่พลังของเทหวัตถุสีดำ (Black body) ณ อุณหภูมิต่างๆ |
Planck Law
เราสามารถคำนวณหาพลังงานต่อหน่วยพื้นที่ ณ ความยาวคลื่นที่กำหนดได้จาก กฎของ Planck ดังนี้
Wien's Displacement Law
จะเห็นได้ว่าพลังงานที่ออกมาจะเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิและความยาวช่วงคลื่น ดังนั้นเมื่อทราบอุณหภูมิก็สามารถคำนวณหาความยาวคลื่นที่ให้พลังงานสูงสุดได้จากกฏการรแทนที่ของเวียน
(Wien's Displacement Law) ดังนี้
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น