Hvordan forklarer bølgeteori den fotoelektriske effekt?

Klassisk teori Forudsigelse:

* Intensitet: I henhold til klassisk bølgeteori er lysets energi direkte proportional med dens intensitet. Derfor bør øget lysintensitet føre til en stigning i den kinetiske energi fra udsendte elektroner.

* frekvens: Lysets hyppighed bør ikke have nogen indflydelse på den kinetiske energi fra de udsendte elektroner, så længe intensiteten holdes konstant.

Eksperimentelle observationer:

* Intensitet: Eksperimenter viste, at øget lysintensitet øger kun antallet af udsendte elektroner, ikke deres kinetiske energi.

* frekvens: Det blev observeret, at øget lysfrekvensen øgede den kinetiske energi fra de udsendte elektroner, uanset intensiteten.

* Tærskelfrekvens: Der var en minimumsfrekvens (tærskelfrekvens), under hvilken der ikke blev udsendt nogen elektroner, selv med meget høj intensitetslys.

Problemet:

Klassisk bølgeteori kan ikke forklare disse observationer. Det forudsiger, at lysets energi distribueres kontinuerligt over bølgefronten, og derfor skal enhver lysintensitet være i stand til at slå elektroner ud af metallet. Det forudsiger også, at elektronernes kinetiske energi kun skal afhænge af lysets intensitet, ikke dens frekvens.

Konklusion:

Fejlen i klassisk bølgeteori til at forklare den fotoelektriske effekt førte til udviklingen af ​​ kvanteteorien om lys , der antyder, at der findes lys i diskrete pakker med energi kaldet fotoner. Energien i hver foton er direkte proportional med frekvensen af ​​lyset (E =Hν, hvor H er Plancks konstante og v er frekvensen). Denne teori forklarer med succes den fotoelektriske effekt:

* Tærskelfrekvens: Eksistensen af ​​en tærskelfrekvens forklares af det faktum, at en minimumsmængde energi (Hν) er påkrævet for at overvinde arbejdsfunktionen af ​​metallet og skubbe et elektron ud.

* kinetisk energi: De kinetiske energi fra de udsendte elektroner er direkte proportional med lysfrekvensen, da energien i hver foton er direkte proportional med frekvensen.

* Intensitet: Forøgelse af lysets intensitet øger simpelthen antallet af fotoner, der hændes på metallet, hvilket fører til, at flere elektroner udsættes.

Derfor er den fotoelektriske effekt stærke bevis for kvantisering af lys og kan ikke forklares med den klassiske bølgeteori.