Effetto fotoelettrico: osservazioni sperimentali, fallimento del modello classico, spiegazione di Einstein con i fotoni (E=hf), funzione lavoro e frequenza di soglia

Osservazioni sperimentali

L'effetto fotoelettrico è l'emissione di fotoelettroni da un metallo illuminato da luce adeguata. Gli esperimenti mostrano che la frequenza $f$ è decisiva, mentre l'intensità regola soprattutto il numero di elettroni.

Crisi del modello classico

La teoria ondulatoria di Maxwell non spiega tre risultati:

• aumentando l'intensità cresce il numero di elettroni, non la loro energia cinetica massima;
• sotto una frequenza critica non si osserva alcuna emissione, anche con luce intensa;
• con luce debole l'emissione è immediata, senza lungo accumulo di energia.

Spiegazione di Einstein

Nel 1905 Einstein interpreta la luce come una pioggia di fotoni, ciascuno con energia $E=hf$, dove $h$ è la costante di Planck. Un elettrone esce se $hf$ supera il lavoro di estrazione $L_e$; l'energia cinetica massima è $K_{max}=hf-L_e.$ La frequenza di soglia è $f_0=\frac{L_e}{h}$. Se $f<f_0$ non avviene emissione; se $f=f_0$, $K_{max}=0$. Poiché $c=\lambda f$, fotoni di lunghezza d'onda minore sono più energetici. Nei calcoli si usa spesso l'elettronvolt: $1\,\text{eV}=1,6\times10^{-19}\,\text{J}$.