Previsione della teoria classica:
* Intensità: Secondo la teoria delle onde classiche, l'energia della luce è direttamente proporzionale alla sua intensità. Pertanto, aumentare l'intensità della luce dovrebbe portare ad un aumento dell'energia cinetica degli elettroni emessi.
* Frequenza: La frequenza della luce non dovrebbe avere alcun effetto sull'energia cinetica degli elettroni emessi, purché l'intensità sia mantenuta costante.
Osservazioni sperimentali:
* Intensità: Gli esperimenti hanno dimostrato che aumentando l'intensità della luce aumenta solo il numero di elettroni emessi, non la loro energia cinetica.
* Frequenza: È stato osservato che aumentando la frequenza della luce ha aumentato l'energia cinetica degli elettroni emessi, indipendentemente dall'intensità.
* Frequenza di soglia: C'era una frequenza minima (frequenza di soglia) al di sotto della quale non venivano emessi elettroni, anche con luce ad alta intensità.
Il problema:
La teoria delle onde classiche non può spiegare queste osservazioni. Prevede che l'energia della luce sia distribuita continuamente sul fronte d'onda e, pertanto, qualsiasi intensità di luce dovrebbe essere in grado di eliminare gli elettroni dal metallo. Prevede inoltre che l'energia cinetica degli elettroni dovrebbe dipendere solo dall'intensità della luce, non dalla sua frequenza.
Conclusione:
L'incapacità della teoria delle onde classiche di spiegare l'effetto fotoelettrico ha portato allo sviluppo della teoria quantistica della luce , che pone che la luce esiste in pacchetti di energia discreti chiamati fotoni. L'energia di ciascun fotone è direttamente proporzionale alla frequenza della luce (E =Hν, dove H è costante di Planck e ν è la frequenza). Questa teoria spiega con successo l'effetto fotoelettrico:
* Frequenza di soglia: L'esistenza di una frequenza di soglia è spiegata dal fatto che è necessaria una quantità minima di energia (Hν) per superare la funzione di lavoro del metallo ed espellere un elettrone.
* Energia cinetica: L'energia cinetica degli elettroni emessi è direttamente proporzionale alla frequenza della luce, poiché l'energia di ciascun fotone è direttamente proporzionale alla frequenza.
* Intensità: L'aumento dell'intensità della luce aumenta semplicemente il numero di fotoni incidenti sul metallo, portando a espellere più elettroni.
Pertanto, l'effetto fotoelettrico è una forte evidenza per la quantizzazione della luce e non può essere spiegato dalla teoria delle onde classiche.
