Klassiska fysikprognoser:
* Intensitet: Klassisk fysik förutspår att ökning av ljusets intensitet bör öka den kinetiska energin hos utsända elektroner. Detta beror på att det antar att ljus är en våg, och en mer intensiv våg bör leverera mer energi till elektronerna.
* Frekvens: Klassisk fysik förutspår att ljusfrekvensen inte bör påverka den kinetiska energin hos utsända elektroner.
Experimentella observationer:
* Intensitet: Experimentellt ökar ljusets intensitet * * antalet utsända elektroner, men det gör inte öka deras kinetiska energi.
* Frekvens: Experimentellt gör den kinetiska energin hos emitterade elektroner beror på ljusfrekvensen. Det finns en tröskelfrekvens under vilken inga elektroner släpps ut, oavsett ljusintensitet.
Problemet:
Klassisk fysik misslyckas med att förklara dessa observationer eftersom det behandlar ljus som en våg. Den fotoelektriska effekten visar att ljus uppför sig som en partikel (en foton) när man interagerar med materien.
Einsteins förklaring:
Albert Einstein förklarade den fotoelektriska effekten med hjälp av begreppet fotoner. Han föreslog att:
* Ljus består av diskreta energipaket som kallas fotoner.
* En energi för en foton är proportionell mot ljusfrekvensen (E =Hν, där H är Plancks konstant).
* När en foton slår en metall kan den mata ut en elektron om dess energi är större än eller lika med metallens arbetsfunktion.
* Den kinetiska energin hos den utkastade elektronen är lika med energin i fotonen minus arbetsfunktionen (ke =hν - φ).
Einsteins förklaring står framgångsrikt för de experimentella observationerna:
* Intensitet: Att öka ljusets intensitet innebär att fler fotoner träffar metallen, vilket leder till fler elektronutsläpp, men energin för varje foton förblir densamma, så den utkastade elektronernas kinetiska energi förändras inte.
* Frekvens: Att öka ljusfrekvensen ökar energin för varje foton. Om fotons energi är större än arbetsfunktionen, släpps en elektron med högre kinetisk energi.
Avslutningsvis kan klassisk fysik, baserad på vågens våg, inte förklara den fotoelektriska effekten. Einsteins förklaring med hjälp av ljusets partikel natur (fotoner) löser framgångsrikt avvikelserna mellan klassiska förutsägelser och experimentella observationer.
