Dificultățile teoriei undei în explicarea efectului fotoelectric.
Să estimăm durata intervalului de timp pentru care un electron dintr-un solid poate să obțină energie
oscilații forțate, suficiente pentru ca acesta să zboare de pe suprafața corpului.
Cantitatea de energie E, obținută din fluxul luminos de un electron pe unitate de timp, este determinată de expresia:
unde Φ este fluxul de lumină incident pe suprafața pe suprafață este numărul de electroni pe unitatea de volum a solidului; - grosimea stratului de materie în care undele de lumină incidentă renunță la energia lor.
Pentru eliberarea din suprafața electronului corp solid trebuie să aibă o energie cinetică mai mare decât funcția de lucru pentru substanța A, m. E. Lucrarea, care este necesară pentru a face diferența de comunicare electronică cu propriul său atom și totalitatea atomilor rămași ai unui solid. Funcția de lucru a electronilor de pe suprafața unui solid poate fi determinată, de exemplu, în experimente privind fenomenul de emisie termionică. Pentru metale, valorile funcției de lucru se situează în intervalul de 1,8 eV (pentru cesiu) până la 5,3 eV (pentru platină).
Intervalul de timp în care un electron poate acumula energia necesară pentru eliberarea sa, poate fi determinată prin împărțirea funcției de lucru a energiei E A, achiziționată de un electron pe unitatea de timp din câmpul electromagnetic al undei de lumină:
Astfel, în conformitate cu teoria undelor electromagnetice a luminii, efectul fotoelectric poate fi observat, dar de emisie de electroni de pe suprafața iluminată nu trebuie să aibă loc la momentul de expunere la lumină la suprafața unui corp solid, dar numai puțin timp după începerea luminii.
Să presupunem că fluxul luminos (care este de aproximativ ori valoarea fluxului luminos minim detectat de celule solare moderne), iar funcția de lucru J. numărul electronilor din volumul materialului ia egal cu numărul de atomi din acest ecran :. Grosimea stratului de material, în care lumina își pierde energia electronilor va considerați comensurabil cu lungimea de undă a luminii vizibile: Apoi ajungem:
Chiar dacă presupunem că undă electromagnetică de lumină își transferă complet energia la excitația oscilațiilor forțate ale electronilor localizate doar direct pe
suprafața unui corp solid, adică pentru a lua grosimea stratului egală cu diametrul atomului, apoi în acest caz
De fapt, întârzierea apariției curentului fotoelectric nu se observă cu cel puțin o milionime de secundă după începerea iluminării în experimente. De la această inconsecvență putem ajunge la concluzia că teoria electromagnetică a luminii nu este capabilă să explice fenomenul efectului fotoelectric. În consecință, conceptul de lumină ca proces continuu de undă electromagnetică nu poate fi considerat pe deplin compatibil cu natura reală a luminii.
Descoperirea legilor fundamentale ale efectului fotoelectric a confirmat validitatea acestei concluzii. Conform teoriei undelor, energia cinetică a electronilor scoși din fotocatod ar trebui să crească cu creșterea amplitudinii oscilațiilor electromagnetice de conducere, adică cu intensitatea luminii crescătoare. Dar experimentele au stabilit că viteza inițială a fotoelectronelor este complet independentă de intensitatea luminii.
Rezistența fotocurrentă în lanț cu alte condiții constante este proporțională cu fluxul de energie lumină care intră pe fotocatod. Photoeffectul este observat numai cu condiția ca lungimea de undă a luminii să fie mai mică decât o anumită valoare limită a catodului caracteristic unui tip dat ("limita roșie a efectului fotoelectric").
Energia cinetică maximă a fotoelectronelor crește liniar cu frecvența crescândă a luminii care determină efectul fotoelectric: