Klassisk teoriförutsägelse:
* Intensitet: Enligt klassisk vågteori är ljusets energi direkt proportionell mot dess intensitet. Därför bör ökning av ljusets intensitet leda till en ökning av den kinetiska energin hos utsända elektroner.
* Frekvens: Ljusets frekvens bör inte ha någon effekt på den utsända elektronernas kinetiska energi, så länge intensiteten hålls konstant.
Experimentella observationer:
* Intensitet: Experiment visade att ökande ljusets intensitet endast ökar antalet utsända elektroner, inte deras kinetiska energi.
* Frekvens: Det observerades att ökning av ljusfrekvensen ökade den utsända elektronernas kinetiska energi, oavsett intensitet.
* tröskelfrekvens: Det fanns en minsta frekvens (tröskelfrekvens) under vilken inga elektroner släpptes ut, även med mycket hög intensitet.
Problemet:
Klassisk vågteori kan inte förklara dessa observationer. Den förutspår att ljusets energi fördelas kontinuerligt över vågfronten, och därför bör all ljusintensitet kunna slå elektroner ur metallen. Den förutspår också att den kinetiska energin hos elektroner endast bör bero på ljusets intensitet, inte dess frekvens.
Slutsats:
Misslyckandet med klassisk vågteori för att förklara den fotoelektriska effekten ledde till utvecklingen av kvantteorin om ljus , som antyder att ljus finns i diskreta paket med energi som kallas fotoner. Energin för varje foton är direkt proportionell mot ljusets frekvens (E =Hν, där H är Plancks konstant och ν är frekvensen). Denna teori förklarar framgångsrikt den fotoelektriska effekten:
* tröskelfrekvens: Förekomsten av en tröskelfrekvens förklaras av det faktum att en minsta mängd energi (Hν) krävs för att övervinna metallens arbetsfunktion och mata ut en elektron.
* kinetisk energi: Den kinetiska energin hos de utsända elektronerna är direkt proportionell mot ljusets frekvens, eftersom energin för varje foton är direkt proportionell mot frekvensen.
* Intensitet: Att öka ljusets intensitet ökar helt enkelt antalet fotonhändelser på metallen, vilket leder till att fler elektroner kastas ut.
Därför är den fotoelektriska effekten starka bevis för kvantisering av ljus och kan inte förklaras av den klassiska vågteorin.
