ข่าว O-NET/GAT/PAT
ข่าวการศึกษา
คะแนน แอดมิชชั่น
สูงสุด-ต่ำสุด
คณิตศาสตร์
วิทยาศาสตร์
ข่าววิทยาศาสตร์
ภาพยนตร์วิทยาศาสตร์
เรื่องน่ารู้
พจนานุกรม
นักวิทยาศาสตร์
คำถามวิทยาศาสตร์
สีสันวิทยาศาสตร์
การทดลองวิทยาศาสตร์
บทเรียน / แบบฝึกหัด
ฟิสิกส์ - เคมี - ชีวะ
ภาษาอังกฤษ
ภาษาไทย
ดาราศาสตร์
ประวัติศาสตร์
มุมคนเก่ง
คลังข้อสอบเก่า
คลังความรู้หลักสูตรเก่า
I.Q. Tests
 

 

หน้าแรก | มุมนักเรียน | หน้าแรกวิทยาศาสตร์ | บทเรียน | บทเรียน

บทเรียน
   

ชั้นประถมศึกษาปีที่ 4 : พลังงานแสง
 
ระดับชั้น : ประถมปลาย

หินและการเปลี่ยนแปลง ระบบสุริยะจักรวาล แรงและการเคลื่อนที่ สารรอบตัวเรา อาหารและสารอาหาร การดำรงชีวิตของสัตว์ การดำรงชีวิตของพืช




แสง เป็นพลังงานรูปหนึ่งที่สามารถรับรู้ได้ด้วยตา แสงทำให้เรามองเห็นสิ่งต่างๆ ได้ แสงมีประโยชน์และมีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตทั้งคน พืช และสัตว์


-- แหล่งกำเนิดแสง

แหล่งกำเนิดของแสงมีได้หลายรูปแบบด้วยกัน แต่แหล่งกำเนิดแสงตามธรรมชาติที่ใหญ่ที่สุดคือ ดวงอาทิตย์ นอกจากนี้ มนุษย์ยังสามารถผลิตแสงได้เช่นกัน เช่น ไฟฟ้า ฯลฯ

แหล่งกำเนิดแสงที่สำคัญมีอะไรบ้าง เรามาดูกัน

  1. แสงเกิดจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงมาก เช่น ดวงอาทิตย์ โดยจะแผ่พลังงานออกมารอบตัว และส่องมายังโลก พลังงานแสงที่เกิดจากความร้อนที่เห็นได้ชัดคือ ไส้หลอดไฟฟ้าแบบมีไส้


  2. แสงเกิดจากสารเรืองแสงเมื่อกระทบรังสีบางชนิด เช่น สารเรืองแสงที่ฉาบไว้ที่ผิวด้านในของหลอดฟลูออเรสเซนต์ เมื่อกระทบกับรังสีอัลตร้าไวโอเลตที่เกิดขึ้นภายในหลอดก็จะเปล่งแสงสีขาวออกมา


  3. แสงเกิดจากหลอดบรรจุก๊าซบางชนิด เมื่อต่อเข้ากับแรงดันไฟฟ้าสูงๆ ก็จะเปล่งแสงเป็นสีต่างๆ ซึ่งจะเป็นสีอะไรขึ้นอยู่กับชนิดของก๊าซที่ใช้บรรจุ เช่น หลอดไฟฟ้าที่บรรจุก๊าซนีออนให้สีส้มที่ใช้ทำป้ายโฆษณาในตอนกลางคืน ฯลฯ


  4. แสงเกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง เช่น ฟืน เทียนไข ก๊าซ น้ำมัน ซึ่งแสงที่เกิดจากวิธีนี้ จะทำให้เกิดมลพิษในอากาศ




  5. แสงเกิดจากสิ่งมีชีวิต เช่น หิ่งห้อย เห็ดบางชนิด ฯลฯ

-- การเดินทางของแสงและตัวกลาง

แสงเดินทางจากแหล่งกำเนิดทุกทิศทาง แสงเคลื่อนที่ผ่านสิ่งต่างๆ เช่น อากาศ น้ำ กระจก วัตถุโปร่งใส ฯลฯ ซึ่งสิ่งต่างๆ เหล่านี้จะกั้นทางเดินของแสง เราเรียกว่า ตัวกลาง แสงจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงเมื่อเดินผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นเท่ากันหรือเป็นตัวกลางชนิดเดียวกัน แต่ถ้าผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นต่างกัน จะเกิดการหักเหทันที


    ตัวกลางของแสง

    แสงเดินทางเป็นเส้นตรงจากแหล่งกำเนิดแสง หรือแสงที่ตกกระทบวัตถุจะผ่านวัตถุบางชนิดได้ เรียกวัตถุที่แสงผ่านได้ว่า ตัวกลางของแสง นั่นเอง ซึ่งตัวกลางของแสงแบ่งออกเป็น 3 ชนิด ดังนี้

    1. ตัวกลางโปร่งใส คือ ตัวกลางที่ยอมให้แสงผ่านได้มากหรือเกือบหมด ลำแสงที่ทะลุผ่านตัวกลางยังเป็นลำแสงลักษณะเดิม จะทำให้มองเห็นวัตถุข้างหน้าได้ชัดเจน เช่น น้ำใส กระจกใส อากาศ แก้วน้ำใส ฯลฯ


    2. ตัวกลางโปร่งแสง คือ ตัวกลางที่ยอมให้แสงผ่านได้บ้าง แสงที่ทะลุผ่านตัวกลางชนิดนี้จะฟุ้งกระจายไม่เป็นลำแสงเช่นเดิม ทำให้มองเห็นไม่ชัดเจนนัก เช่น น้ำขุ่น กระจกฝ้า แผ่นฟิล์มกรองแสง ผ้าขาวบาง ฯลฯ


    3. ตัวกลางทึบแสง หรือ วัตถุทึบแสง คือ ตัวกลางที่ไม่ยอมให้แสงผ่านได้ ถ้านำวัตถุทึบแสงนี้ไปกั้นแสงที่ตกกระทบฉากจะเกิดเงาบนฉากรับแสง พื้นที่บนฉากที่ไม่มีแสงตกกระทบจะเกิดเงามืด และพื้นที่รอบเงามืดที่มีแสงบางส่วนตกกระทบจะเกิดเงามัว วัตถุทึบแสงเหล่านี้ เช่น ไม้ หนังสือ ตัวคน แผ่นเหล็ก ฯลฯ

-- การหักเหและการกระจายของแสง

การที่แสงผ่านตัวกลางโปร่งใส 2 ชนิดที่แตกต่างกัน และมีการเปลี่ยนแปลงแนวการเคลื่อนที่ของแสง เรียกว่า การหักเหของแสง

แสงเมื่อเดินทางจากตัวกลางชนิดหนึ่ง เช่น อากาศ เข้าสู่ตัวกลางอีกชนิดหนึ่ง เช่น แท่งพลาสติกใส แนวทางการเคลื่อนที่ของแสงจะเปลี่ยนแปลงโดยเบนไปจากแนวเดิม เรียกว่า เกิดการหักเหของแสง และเมื่อแสงเดินทางจากแท่งพลาสติกใสออกสู่อากาศก็เกิดการหักเหของแสงเช่นเดียวกัน

การที่แสงมีการหักเหเมื่อเดินทางผ่านตัวกลาง 2 ชนิดนี้ ทำให้เรามองเห็นภาพของวัตถุที่อยู่ในตัวกลางมีระยะผิดไปจากความเป็นจริง เช่น มองเห็นภาพวัตถุที่อยู่ในน้ำตื้นกว่าวัตถุจริง


    กฎการหักเหของแสง มี 2 ชนิด คือ

    1. ถ้าแสงเดินทางผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า (โปร่งกว่า) ไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่า (ทึบกว่า) ลำแสงจะหักเหเบนเข้าหาเส้นปกติ




    2. ถ้าแสงเดินทางผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่า (ทึบกว่า) ไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า (โปร่งกว่า) ลำแสงจะหักเหเบนออกจากเส้นปกติ



    สาเหตุการเกิดการหักเหของแสง คือ ความเร็วของแสงเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม เมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางหนึ่งเข้าสู่อีกตัวกลางหนึ่ง เช่น แสงเดินทางในอากาศมีความเร็วมากกว่าในแท่งพลาสติกจะเกิดการหักเห ซึ่งอาจไม่เปลี่ยนทิศทางก็ได้

    รังสีที่ตกกระทบรอยต่อระหว่างตัวกลาง เรียกว่า รังสีตกกระทบ และรังสีที่หักเหเข้าสู่อีกตัวกลางหนึ่ง เรียกว่า รังสีหักเห ถ้ารังสีตกกระทบทำมุมกับรอยต่อระหว่างตัวกลาง จะเห็นการเปลี่ยนแปลงทางเดินของรังสีหักเหได้ชัดเจน


    ประโยชน์การหักเหของแสง

    1. ทำแว่นตา


    2. ทำกล้องถ่ายรูปทุกชนิด เช่น กล้องวีดีทัศน์ กล้องส่องทางไกล กล้องโทรทัศน์ กล้องจุลทรรศน์ ฯลฯ


    การกระจายของแสงขาวและการเกิดรุ้ง

    แสงขาวจากแหล่งกำเนิดต่างๆ สามารถใช้ปริซึมแยกออกเป็นแสงสีต่างๆ จัดเป็นกลุ่มใหญ่ๆ ได้เป็นแสงสีม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด และแดง ตามลำดับ เรียกว่า สเปกตรัมของแสง




    การที่ปริซึมหรือน้ำแยกแสงขาวออกเป็นแสงสีต่างๆ เรียงตามความถี่ของแสงได้ เนื่องจากแสงแต่ละสีถึงแม้จะมีความเร็วเมื่อเคลื่อนที่ในอากาศเท่ากัน แต่จะมีความเร็วเมื่อเคลื่อนที่ในตัวกลางอื่นๆ ไม่เท่ากัน ดังนั้น เมื่อแสงขาวจากอากาศกระทบปริซึมหรือผิวน้ำแสงแต่ละสีจึงแยกออกจากกันตามความเร็วในตัวกลาง ซึ่งพบว่า ในปริซึมและน้ำ ในปริซึมและน้ำมีความเร็วต่ำสุดและจะมีทิศทางเบนจากแนวเดิมมากที่สุด แสงสีคราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด จะมีความเร็วมากขึ้นและเบนจากเดิมน้อยลงตามลำดับ แสงสีแดงมีความเร็วมากที่สุดและเบนไปจากแนวเดิมน้อยที่สุด แสงขาวจึงแยกออกเป็นสีต่างๆ กันได้ชัดเจน และเมื่อพิจารณาความสัมพันธ์กับความถี่และความยาวคลื่นแสง ซึ่งแสงสีม่วงมีความถี่สูงสุด (ความยาวคลื่นสั้นที่สุด) และแสงสีแดงมีความถี่ต่ำสุด (ความยาวคลื่นมากที่สุด) แสดงว่า ปริซึมและน้ำแยกแสงสีต่างๆ ออกจากเรียงตามความถี่หรือความยาวคลื่นได้

    ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการกระจายของแสงที่เห็นได้ชัดเจน คือ ปรากฏการณ์รุ้งกินน้ำ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่เกิดจากละอองน้ำในอากาศ กระจายแสงขาวจากดวงอาทิตย์ออกเป็นแสงสีต่างๆ

    รุ้งกินน้ำเกิดขึ้นเมื่อในอากาศมีละอองน้ำอยู่มาก เช่น หลังฝนตกใหม่ๆ โดยเกิดขึ้นในทิศทางตรงข้ามกับตำแหน่งของดวงอาทิตย์ แสงขาวจากดวงอาทิตย์จะหักเหผ่านละอองน้ำแล้วกระจายออกเป็นแสงสีต่างๆ มาเข้าตาเรา ทำให้เรามองเห็นกลุ่มละอองน้ำเป็นแถบสีต่างๆ

    รุ้งกินน้ำนั้นเกิดได้ทั้งก่อนหรือหลังฝนตกก็ได้ ขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่เหมาะสมที่เราสังเกต การเกิดรุ้งนั้นมีสาเหตุมาจากการที่แสงแดดส่องผ่านละอองน้ำ หรือหยดน้ำที่มีอยู่ก่อนหรือหลังฝนตก แล้วเกิดการกระจายของแสง และการสะท้อนกลับหมด ทำให้ได้สเปกตรัมของแสงขาว

    รุ้งเกิดขึ้นได้ 2 แบบ ซึ่งจะเป็นแบบใดนั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่แสงมาตกกระทบหยดน้ำ ดังนี้

    1. รุ้งปฐมภูมิ เกิดจากแสงตกกระทบเข้าทางด้านบนของละอองน้ำแล้วเกิดการกระจายของแสงในละอองน้ำ จากนั้นก็เกิดการสะท้อนของแสงอีกหนึ่งครั้งที่ผิวด้านในของละอองน้ำ และตามด้วยการหักเหของแสงออกจากละอองน้ำสู่อากาศ เราจะเห็นรุ้งปฐมภูมิมีสีแดงอยู่ด้านบน และสีม่วงอยู่ด้านล่าง





    2. รุ้งทุติยภูมิ เกิดจากแสงตกกระทบเข้าด้านล่างของละอองน้ำแล้วเกิดกระจายของแสงในละออง จากนั้นก็เกิดการสะท้อนของแสงที่ผิวด้านในของละอองน้ำอีก 2 ครั้ง และตามด้วยการหักเหของแสงจากละอองน้ำสู่อากาศ รุ้งทุติยภูมิจะมีสีสลับกับรุ้งปฐมภูมิ นั่นคือ จะมีสีแดงอยู่ด้านล่าง และมีสีม่วงอยู่ด้านบน

    แสงที่หักเหออกจากละอองน้ำแต่ละหยดน้ำ จะมีสเปกตรัมของแสงครบทุกสี แต่จะมีแสงเพียงหนึ่งสีเท่านั้นที่ผ่านเข้าตาได้ เนื่องจากละอองน้ำในอากาศมีจำนวนล้านๆ หยด จึงทำให้สเปกตรัมของแสงได้ครบทุกสี เราจึงมองเห็นรุ้งเป็นสีต่างๆ ดังกล่าวได้ การมองเห็นรุ้งที่เป็นส่วนโค้งของวงกลม เพราะมุมที่แสงมาเข้าตาทำกับระดับตาเป็นมุมคงที่ เช่น รุ้งปฐมภูมิจะมองเห็นในมุม 40 - 42 องศา และรุ้งทุติภูมิจะมองเห็นในมุม 50 - 52 องศา


    **** แสงสีต่างๆ ที่แยกได้จากแสงอาทิตย์ เมื่อรวมเข้าด้วยกัน จะเป็นแสงขาว ****


    การหักเหของแสงผ่านเลนส์

    เลนส์ คือ วัตถุใสทำด้วยแก้วหรือพลาสติกมีความหนาแตกต่างกัน ระหว่างตรงกลางกับขอบ มีผิวโค้งหนึ่งผิวหรือสองผิว มีสมบัติในการหักเหลำแสง แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ

    • เลนส์นูน คือ เลนส์ที่มีตรงกลางเลนส์หนากว่าขอบเลนส์ มีคุณสมบัติรวมแสง เมื่อแสงผ่านเลนส์นูน แสงจะเกิดการหักเหและรวมกันเป็นจุดๆ หนึ่ง




    • เลนส์เว้า คือ เลนส์ที่มีขอบเลนส์หนากว่าตรงกลางเลนส์ มีคุณสมบัติกระจายแสง เมื่อแสงผ่านเลนส์เว้า แสงจะเกิดการหักเหและกระจายออกห่างจากกัน






    การสะท้อนที่ผิวราบ

    แสงที่ตกกระทบวัตถุราบที่มีผิวเป็นมันเงา เช่น กระจกราบ จะเกิดการสะท้อนแสง โดยมีมุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน กล่าวคือ ถ้าลากเส้นตามแนวรังสีตกกระทบ รังสีสะท้อน และลากเส้นแนวฉากที่ตั้งฉากกับกระจกตรงตำแหน่งที่แสงกระทบกระจก จะมีมุมเกิดขึ้น 2 มุม คือ มุมระหว่างรังสีตกกระทบกับเส้นแนวฉาก เรียกว่า มุมตกกระทบ และมุมระหว่างรังสีสะท้อนกับเส้นแนวฉาก เรียกว่า มุมสะท้อน ไม่ว่าวัตถุที่สะท้อนแสงจะมีผิวราบ ผิวโค้ง หรือผิวขรุขระก็ตาม จะพบว่า มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อนเสมอ




    วัตถุที่สะท้อนแสงได้ดีจะต้องมีผิวเรียบและเป็นมัน เช่น กระจกเงา จะทำให้เกิดการสะท้อนอย่างมีระเบียบ แต่ถ้าวัตถุที่มีผิวไม่เรียบจะเกิดการสะท้อนไม่มีระเบียบ แต่การสะท้อนของแสงก็ยังเป็นไปตามกฎการสะท้อนของแสง



-- แสงกับพลังงานไฟฟ้า

พลังงานแสงสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรงด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่า เซลล์สุริยะ เซลล์สุริยะแต่ละเซลล์จะให้กระแสไฟฟ้าไม่มากนัก จึงต้องใช้เมื่อนำมาต่อเป็นชุดจึงจะให้กระแสไฟฟ้ามากขึ้น นอกจากนี้ พลังงานแสงที่พืชรับไปจะนำไปใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เพื่อสร้างอาหารของพืช นั่นคือ พลังงานแสงเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมีในพืชได้ด้วย


    เซลล์สุริยะ

    เซลล์สุริยะ หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า เซลล์แสงอาทิตย์ เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า โดยใช้แผ่นเซลล์เป็นตัวรับแสงอาทิตย์ แล้วเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยทั่วไปเซลล์สุริยะ ประกอบด้วย แผ่นกึ่งตัวนำ 2 ชั้น ชั้นบนทำด้วยซิลิคอนผสมฟอสฟอรัส ชั้นล่างทำด้วยซิลิคอนผสมโบรอน ชั้นบนจะบางกว่าชั้นล่าง เพื่อให้แสงอาทิตย์สามารถส่องทะลุผ่านไปถึงชั้นล่างได้ หลักการคือ แสงอาทิตย์จะเป็นตัวทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้า เมื่อต่อวงจรไฟฟ้าครบจะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลออกจากแผ่นบนผ่านหลอดไฟ ทำให้หลอดไฟสว่างขึ้น แล้วกระแสจะไหลกลับเข้าที่แผ่นล่าง กระแสไฟฟ้าจะมากหรือน้อยขึ้นกับความเข้มของแสงอาทิตย์ที่ต่อกระทบเซลล์ ถ้าความเข้มของแสงอาทิตย์มากจะได้กระแสมาก

    เซลล์สุริยะถูกนำมาใช้งานในหลายด้าน เช่น นาฬิกา เครื่องคิดเลข ดาวเทียม ฯลฯ


    หลักการทำงานทั่วไปของเซลล์สุริยะ ดังรูป




      เมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบ เซลล์แสงอาทิตย์จะเกิดการสร้างพาหะนำไฟฟ้าประจุลบและบวกขึ้น ได้แก่ อิเล็กตรอน และ โฮล โครงสร้างรอยต่อพีเอ็นจะทำหน้าที่สร้างสนามไฟฟ้าภายในเซลล์ เพื่อแยกพาหะนำไฟฟ้าชนิดอิเล็กตรอนไปที่ขั้วลบ และพาหะนำไฟฟ้าชนิดโฮลไปที่ขั้วบวก (ปกติที่ฐานจะใช้สารกึ่งตัวนำชนิดพี ขั้วไฟฟ้าด้านหลังจึงเป็นขั้วบวก ส่วนด้านรับแสงใช้สารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น ขั้วไฟฟ้าจึงเป็นขั้วลบ) ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าแบบกระแสตรงที่ขั้วไฟฟ้าทั้งสอง เมื่อต่อให้ครบวงจรไฟฟ้าจะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลขึ้น


    ผลดีและผลเสียของเซลล์สุริยะ





ที่มาข้อมูล : หนังสือแบบเรียนวิทยาศาสตร์ ชั้นประถมศึกษา ปีที่ 4 2544 กระทรวงศึกษาธิการ
คู่มือครูสาระการเรียนรู้พื้นฐาน ชั้นประถมศึกษา ปีที่ 4 2544 กระทรวงศึกษาธิการ
จำนวนคนอ่าน 108203 คน
   
 

© 2000 - 2014 www.myfirstbrain.com All Rights Reserved