สเปคโตรสโคปอย่างง่าย
Simple Spectroscope



spectroscope คืออะไร ?

เมื่อธาตุได้รับความร้อนสูงจนลุกไหม้ จะปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของความร้อน และแสง ธาตุต่างชนิดกัน จะปล่อยแสงที่มีช่วงคลื่นที่ต่างกันออกมา ดังนั้น ในทางกลับกัน การทราบถึงช่วงคลื่นของแสง ก็จะทำให้เราทราบถึงส่วนประกอบของแหล่งกำเหนิดแสงได้

spectroscope คืออุปกรณ์ที่ใช้แยกแสงออกเป็นช่วงคลื่นที่ชัดเจน ดวงอาทิตย์ จะให้แสงที่มีช่วงคลื่นที่ต่อเนื่อง ตั้งแต่คลื่นแสงเหนือม่วง คลื่นแสงที่ตามองเห็น จนกระทั่ง คลื่นแสงใต้แดง

รายละเอียดเพิ่มเติม :
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
ความรู้ทั่วไปเรื่องพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า

น้องๆ หรือ อาจารย์ ลองทดลองทำดูแล้ว ได้ผลอย่างไรบ้าง เขียน email มาคุยกันบ้างนะครับ

อุปกรณ์ทำสเปคโตรสโคป
กล่องเปล่า 1 ใบ

ในที่นี้ใช้กล่องเปล่าของกระดาษดับเบิ้ลเอ ซึ่งมีขนาด กว้าง 8.5 นิ้ว ยาว 12 นิ้ว และ สูง 10 นิ้ว
น้องๆ อาจใช้กล่องขนาดอื่นๆ ก็ใช้ได้นะครับ แต่อาจต้องกะขนาดของช่องมอง และช่องแสงลอด (slit) ใหม่อีกที ถ้าต้องการทำช่องใส่ชุดหลอดไฟด้วย ต้องใช้กล่องเปล่า 2 ใบครับ
ภาพ การ์ดพลาสติก 2 ใบ
จะเป็นพวก phone card หรือ การ์ดพลาสติกแข็ง ก็ได้ครับ พวกฝรั่งเขาบอกให้ใช้ใบมีดโกน แต่ลองทำแล้ว ค่อนข้างอันตราย เพราะบาดมือได้ง่ายๆ
ภาพ แผ่น CD ใช้แล้ว 1 แผ่น
ภาพ อุปกรณ์อื่นๆ
อาทิ กรรไกร คัตเตอร์ เทปคาดสันปก ไม้บรรทัด เป็นต้น
ภาพสเปคตรัม ถ่ายจากสเปคโตรสโคป


ดวงอาทิตย์

หลอดนีออนตะเกียบ

หลอดไส้ธรรมดา

นีออนตะเกียบขาว

นีออนตะเกียบฟ้า

นีออนตะเกียบเขียว

นีออนตะเกียบชมพู

spectrum หลอดโซเดียม

หลอดกาซนีออน

ขั้นตอนการประดิษฐ์

ก่อนอื่นหา CD เสียสักแผ่นหนึ่งครับ วางทาบบนกล่องให้สูงจากพื้น 2 นิ้ว และห่างจากขอบกล่องด้านซ้าย 2 นิ้ว

เมื่อได้ตำแหน่งที่ถูกแล้ว ให้ใช้ดินสอลากเส้นขอบ ทั้งด้านนอก และด้านใน ให้ตรงกัน

ด้านหน้าจะเจาะเป็นสี่เหลี่ยม กว้าง 1/8 นิ้ว สูง 2 นิ้ว เตรียมไว้ติด card phone ทีหลัง

อีกด้านเจาะเป็นสี่เหลี่ยม กว้าง 3 นิ้ว สูง 2 นิ้ว ห่างจากขอบกล่อง 1 นิ้ว และสูงจากพื้นกล่อง 3.5 นิ้ว

ช่องสี่เหลี่ยม ขนาด 2x3 นิ้ว จะเป็นช่องมองครับ ใช้ card phone 2 ใบ ติดด้วยเทปกาว ให้ขอบของการ์ด ห่างกันเท่ากับความหนาของกระดาษ 1-2 แผ่น

ใช้กาว หรือ เทปสองหน้า ติดแผ่น CD เข้ากับด้านในของกล่อง

ทำเสร็จแล้ว อาจปิดด้วยกระดาษสี ให้ดูเรียบร้อยสวยงามมากขึ้น

ถ้ามีกล่องอีกสักใบ อาจนำมาต่อด้านข้าง โดยเจาะรูสี่เหลี่ยม ให้ตรงกับร่องด้านข้างของกล่องแรก แล้วใส่หลอดไฟไว้ด้านใน ก็จะทำให้สะดวกต่อการมอง

แสงจากหลอดไฟ จะส่องผ่านช่องเปิดระหว่าง card phone (ทำหน้าที่เป็น slit) ตกกระทบบนแผ่น CD (ทำหน้าที่เป็น grating) และสะท้อนเป็นแถบแสง (light spectrum) มาเข้าตาของเรา ที่มองผ่านช่องเปิด

การจัดวาง spectroscope ที่งานสัปดาห์วิทยาศาสตร์ ประกอบด้วย spectrometer 4 ตัวด้วยกัน แต่ละตัว มีหลอดไฟที่แตกต่างกัน 1 ดวง

น้องๆ สามารถมองผ่านช่องมองด้านข้าง เพื่อดู spectrum ที่ปรากฏอยู่บนแผ่น CD


ภาพนี้จะเห็นการติดการ์ดโฟน 2 ใบ

ช่องห่างของการ์ดโฟนจะน้อยมาก ประมาณความหนาของกระดาษ 1-2 แผ่น เท่านั้นครับ

ช่องมองเจาะเป็นรูปสี่เหลี่ยม ติดป้ายบอกวิธีดูให้ด้วยก็จะดี

มองผ่านช่องสี่เหลี่ยมมุมนี้ จะเห็นช่องที่เจาะด้านข้าง สำหรับให้แสงผ่านเข้ามาในกล่อง

แสงที่ผ่านเข้ามาในกล่อง จะสะท้อนแผ่นซีดี ให้เราเห็นได้ผ่านช่องสี่เหลี่ยม ในมุมนี้

แผ่น CD ทำให้เราเห็น spectrum ได้อย่างไร ?

CD จะทำหน้าที่คล้ายกับสิ่งที่เรียกว่า Diffraction Grating เมื่อแสงตกกระทบบน CD จะเจอกับร่องเล็กๆ (ฝรั่งเรียกว่า ridges) เรียงต่อกันมากมาย แสงสีต่างกัน จะสะท้อน (reflect) และ หักเห (refract) ต่างกัน ส่งผลให้เกิดการแยกสีให้เราเห็นชัดเจน

รายละเอียดเพิ่มเติม :
CD Spectroscope
Reflecting Rainbow

คำถามที่ถามบ่อยๆ
ใช้กล่องขนาดอื่น ได้ไหมครับ ?
ได้ครับ แต่คงต้องลำบากกะระยะ และขนาด ต่างๆ เอง ไม่ยากหรอกครับ ยิ่งเป็นกล่องกระดาษ ยิ่งง่ายใหญ่ ตัดผิด ก็แปะเข้าไปใหม่ แล้วตัดใหม่ ลองผิดลองถูก แป๊บเดียว ก็ได้ครับ

เทคนิคการถ่ายภาพ ยากไหมครับ ?
ไม่ยากครับ แต่อยากแนะนำให้ใช้กล้องดิจิตอล เพราะถ่ายเสีย ก็ถ่ายใหม่ได้ ให้ตั้งการวัดแสงเป็นแบบ spot นะครับ ใช้ขาตั้งกล้องได้ก็ดี จะช่วยให้ภาพไม่เบลอ

การใช้กล้องดิจิตอลถ่ายภาพในช่วงคลื่นแสงอื่นๆ ทำได้ไหมครับ ?
ได้ครับ กล้องดิจิตอลบางรุ่น มีความสามารถในการถ่ายภาพย่านอินฟราเรดใกล้ได้ ลองเช็ครายละเอียด บน web การถ่ายภาพ Near Infrared ด้วยกล้องดิจิตอล ดูครับ

หลอดนีออนตะเกียบสีต่างๆ หาซื้อได้จากไหน หามาหลายร้านแล้ว ไม่เจอเลย และมีราคาประมาณเท่าไร ?
หลอดชนิดต่างๆ ที่ใช้ในการทดลอง ส่วนใหญ่หาซื้อจากบ้านหม้อครับ พวกหลอดตะเกียบจะมาจากจีนแดง ราคาจำไม่ได้จริงๆ เดี๋ยวนี้ น่าจะอยู่ในระดับ x สิบบาท พวกหลอดโซเดียม ที่ใช้ติดให้แสงสว่างมากๆ บนเสาสูง จะแพงกว่ามาก ในระดับหลายร้อยบาท ถ้าเป็นหลอดนีออน หรือ โซเดียม แบบผอมๆ ที่ใช้ใน lab ฟิสิกส์ของโรงเรียน ต้องซื้อจากศึกษาภัณฑ์ อันนี้ไม่ทราบราคาครับ

ช่อง slit ทำไมต้องใช้การ์ดแปะอีก เราเจาะให้ช่องเล็กเลยไม่ได้หรือ และความกว้างของช่องมีผลอย่างไรกับการทดลอง ?
การเจาะกล่องกระดาษให้เป็นช่องขนาดเล็กๆ ทำได้จริง แต่จะไม่เนี้ยบครับ ยิ่งเป็นกระดาษกล่องที่มีความหนา และเนื้อหยาบ เมื่อตัดแล้วจะเป็นขุย เราต้องการช่องที่ขอบเรียบจริงๆ การ์ดโฟน หรือ การ์ดพลาสติก จะบาง และมีขอบเรียบอยู่แล้ว จะเหมาะกับการทำเป็น slit กว่ากระดาษ

อย่างไรก็ตาม ในต่างประเทศ ให้ใช้ใบมีดโกนแทน เพราะบางกว่าการ์ดพลาสติก ทำให้ไม่มีการสะท้อนจากด้านหนาของการ์ด

ส่วนเรื่องความกว้างของช่องนั้น ยิ่งแคบจะยิ่งดี ทำให้แถบ spectrum ที่ออกมา มีความคม ชัดเจน กว่าช่องที่กว้างครับ

ช่อง slit ทำไมต้องใช้การ์ดแปะอีก เราเจาะให้ช่องเล็กเลยไม่ได้หรือ และความกว้างของช่องมีผลอย่างไรกับการทดลอง ?
การเจาะกล่องกระดาษให้เป็นช่องขนาดเล็กๆ ทำได้จริง แต่จะไม่เนี้ยบครับ ยิ่งเป็นกระดาษกล่องที่มีความหนา และเนื้อหยาบ เมื่อตัดแล้วจะเป็นขุย เราต้องการช่องที่ขอบเรียบจริงๆ การ์ดโฟน หรือ การ์ดพลาสติก จะบาง และมีขอบเรียบอยู่แล้ว จะเหมาะกับการทำเป็น slit กว่ากระดาษ

อย่างไรก็ตาม ในต่างประเทศ ให้ใช้ใบมีดโกนแทน เพราะบางกว่าการ์ดพลาสติก ทำให้ไม่มีการสะท้อนจากด้านหนาของการ์ด

ส่วนเรื่องความกว้างของช่องนั้น ยิ่งแคบจะยิ่งดี ทำให้แถบ spectrum ที่ออกมา มีความคม ชัดเจน กว่าช่องที่กว้างครับ

ถ้าใช้แผ่น DVD แทนแผ่น CD จะเกิดอะไรขึ้น ?
แผ่น DVD จะมีความหนาแน่นของเส้นมากกว่าแผ่น CD เมื่อนำมาประกอบเป็น spectroscope จะให้แถบ spectrum ที่มีขนาดกว้างน้อยลง

Diffraction Grating คืออะไร ?
Diffraction Grating คือ วัสดุโปร่งแสง ที่มีรอยขีดจำนวนมากเป็นร่องขนานกัน ประมาณ 6000 ร่องต่อเซนติเมตร

ดังนั้น ความกว้างของร่อง จึงเท่ากับ 0.01/6000 = 0.00000167 เมตร = 1.67 ไมโครเมตร

ขอรายละเอียดของ CD ครับ ?
CD เป็นแผ่นวงกลมแบน มีรูตรงกลาง ทำจากพลาสติก มีความหนา 1.2 มิลลิเมตร เส้นผ่าศูนย์กลาง 12 เซนติเมตร เคลือบพื้นผิวด้วยสีเงินเพื่อให้สามารถสะท้อนแสงเลเซอร์ได้ CD ที่มีความยาว 74 นาที จะมีรู (pit) ขนาดเล็กจำนวน 8 ล้านล้าน (trillion) รู และมีร่อง (ridge) จำนวน 20,000 ร่อง ร่อง (ridge) แต่ละร่อง มีขนาดเล็กกว่าเส้นผมของคน 30 เท่า

รายละเอียดเพิ่มเติม :
How do CDs work?



All pages were created on Macintosh Computer, using Adobe PhotoShop and BBEdit.

คำถาม? ข้อคิดเห็น! ข้อเสนอแนะ . . . ติดต่อกับเราได้ครับ
Sci4Fun | กลับขึ้นข้างบน

All rights reserved.
Reproduction in whole or in part without permission is prohibited.
P i t a n S i n g h a s a n e h