Pojava izbijanja elektrona iz metala, pod dejstvom svetlosti naziva se fotoelektrični efekat. Fotoelektrični efekat je objasnio Albert Ajnštajn, uvođenjem talasno-čestičnog dualizma svetlosti u fiziku.
Foton – čestica svetlosti
Video čas
Kada se elektroskop naelektriše, zlatni listići se razdvoje, zbog odbijanja istoimenih naelektrisanja. Ako je elektroskop naelektrisan negativno, a zatim obasjan svetlošću, listići zlata se vrate u prvobitni položaj – elektroskop se razelektriše. Ukoliko je elektroskop naelektrisan pozitivno, ovaj efekat izostane.
Svi pokušaji da se efekat razelektrisanja objasni talasnim svojstvima svetlosti, ostali su bez uspeha. Osim toga, primećeno je da sa povećanjem talasne dužine svetlosti, pri nekoj graničnoj vrednosti, efekat u potpunosti nestaje. 1905-te godine ovaj efekat je objasnio Albert Ajnštajn, uvođenjem pretpostavke da svetlost može ispoljavati i čestična svojstva. Efekat je nazvan Fotoelektrični efekat. Čestica svetlosti – foton ima masu, energiju, impuls … kao i svaka druga čestica. Pošto je svetlost istovremeno i talas, sve čestične osobine se stoga mogu iskazati i pomoću talasnih veličina: talasne dužine, frekvencije …
Energija fotona, iskazana putem talasnih veličina je data izrazom:
$$ E=h\cdot \nu $$
gde je $\nu$ frekvencija svetlosti, dok je $h$ Plankova konstanta.
$$h=6,62\cdot 10^{-34} \, \enspace \frac{kgm^{2} }{s}$$
Objašnjenje fotoelektričnog efekta se stoga svodi na interakciju dve čestice, čestice svetlosti (fotona) i čestice naelektrisanja (elektrona). Kada foton pogodi elektron dolazi do prenosa energije. Foton svoju energiju (E=hν) preda elektronu, a sam nestane (pretvorio se u čistu energiju). Ukoliko je energija koju je dobio od fotona dovoljno velika da savlada izlaznu barijeru (energija kojom je elektron vezan u metalu), elektron će napustiti komad metala i pri tom izvršiti neki rad (izlazni rad Aizl.). Ostatak energije (ako je ima) će zadržati u obliku kinetičke energije. Ova raspodela energije pri fotoelektričnom efektu data je Ajnštajnovom formulom:
$$h\nu =A_{izl} +E_{k} $$
Rešenjem koje je ponudio Ajnštajn objašnjen je i izostanak fotoelektričnog efekta pri velikim talasnim dužinama. Što je talasna dužina veća – frekvencija svetlosti je manja, a samim tim i energija koju nosi foton (E=hν). Za neku graničnu vrednost talasne dužine, energija koju nosi foton je manja od izlaznog rada koji mora da izvrši elektron kako bi napustio komad metala.