Πώς εξηγεί η θεωρία των κυμάτων το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα;
Πρόβλεψη κλασικής θεωρίας:
* ένταση: Σύμφωνα με τη θεωρία των κλασικών κυμάτων, η ενέργεια του φωτός είναι άμεσα ανάλογη με την έντασή του. Επομένως, η αύξηση της έντασης του φωτός θα πρέπει να οδηγήσει σε αύξηση της κινητικής ενέργειας των εκπομπών ηλεκτρονίων.
* Συχνότητα: Η συχνότητα του φωτός δεν πρέπει να έχει καμία επίδραση στην κινητική ενέργεια των εκπεμπόμενων ηλεκτρονίων, εφόσον η ένταση διατηρείται σταθερή.
Πειραματικές παρατηρήσεις:
* ένταση: Τα πειράματα έδειξαν ότι η αύξηση της έντασης του φωτός αυξάνει μόνο τον αριθμό των εκπομπών ηλεκτρονίων, όχι την κινητική τους ενέργεια.
* Συχνότητα: Παρατηρήθηκε ότι η αύξηση της συχνότητας του φωτός αύξησε την κινητική ενέργεια των εκπεμπόμενων ηλεκτρονίων, ανεξάρτητα από την ένταση.
* Συχνότητα κατωφλίου: Υπήρχε μια ελάχιστη συχνότητα (συχνότητα κατωφλίου) κάτω από την οποία δεν εκπέμπονται ηλεκτρόνια, ακόμη και με πολύ υψηλής έντασης.
Το πρόβλημα:
Η θεωρία των κλασικών κυμάτων δεν μπορεί να εξηγήσει αυτές τις παρατηρήσεις. Προβλέπει ότι η ενέργεια του φωτός κατανέμεται συνεχώς πάνω από το κύμα και επομένως οποιαδήποτε ένταση φωτός θα πρέπει να είναι σε θέση να χτυπήσει ηλεκτρόνια από το μέταλλο. Προβλέπει επίσης ότι η κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων θα πρέπει να εξαρτάται μόνο από την ένταση του φωτός, όχι τη συχνότητα του.
Συμπέρασμα:
Η αποτυχία της θεωρίας των κλασσικών κυμάτων να εξηγήσει το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα οδήγησε στην ανάπτυξη της Quantum Theory of Light , που υποστηρίζει ότι το φως υπάρχει σε διακριτά πακέτα ενέργειας που ονομάζονται φωτόνια. Η ενέργεια κάθε φωτονίου είναι άμεσα ανάλογη με τη συχνότητα του φωτός (e =hν, όπου το H είναι η σταθερά και το ν είναι η συχνότητα). Αυτή η θεωρία εξηγεί με επιτυχία το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα:
* Συχνότητα κατωφλίου: Η ύπαρξη μιας συχνότητας κατωφλίου εξηγείται από το γεγονός ότι απαιτείται μια ελάχιστη ποσότητα ενέργειας (hν) για να ξεπεραστεί η λειτουργία εργασίας του μετάλλου και να εξαλείψει ένα ηλεκτρόνιο.
* Κινητική ενέργεια: Η κινητική ενέργεια των εκπεμπόμενων ηλεκτρονίων είναι άμεσα ανάλογη με τη συχνότητα του φωτός, καθώς η ενέργεια κάθε φωτονίου είναι άμεσα ανάλογη με τη συχνότητα.
* ένταση: Η αύξηση της έντασης του φωτός αυξάνει απλώς τον αριθμό των φωτονίων που συμβαίνουν στο μέταλλο, οδηγώντας σε περισσότερα ηλεκτρόνια που εκτοξεύονται.
Επομένως, το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα είναι ισχυρή απόδειξη για την ποσοτικοποίηση του φωτός και δεν μπορεί να εξηγηθεί από τη θεωρία των κλασικών κυμάτων.
