Труднощі хвильової теорії в поясненні фотоефекту.
Зробимо Оцінку тривалості інтервалу часу, за який електрон в твердому тілі може придбати енергію
вимушених коливань, достатню для того, щоб він вилетів з поверхні тіла.
Кількість енергії Е, що отримується від світлового потоку одним електроном в одиницю часу, визначається виразом:
де Ф - світловий потік, що падає на ділянку поверхні площею - число електронів в одиниці об'єму твердого тіла; - товщина шару речовини, в якому віддають свою енергію падаючі світлові хвилі.
Для звільнення з поверхні твердого тіла електрон повинен володіти кінетичної енергією, що перевищує роботу виходу для даної речовини А, т. Е. Роботу, яку необхідно зробити для розриву зв'язків електрона з його власним атомом і всією сукупністю інших атомів твердого тіла. Робота виходу електронів з поверхні твердого тіла може бути визначена, наприклад, в експериментах з вивчення явища термоелектронної емісії. Для металів значення роботи виходу лежать в межах від 1,8 еВ (для цезію) до 5,3 еВ (для платини).
Інтервал часу протягом якого електрон може накопичити енергію, необхідну для свого звільнення, можна визначити, розділивши роботу виходу А на енергію Е, придбану електроном в одиницю часу від електромагнітного поля світлової хвилі:
Таким чином, згідно з хвильової електромагнітної теорії світла, фотоелектричний ефект може спостерігатися, але виліт електронів з освітленої поверхні повинен відбуватися не в момент попадання світла на поверхню твердого тіла, а лише через якийсь час після початку дії світла.
Нехай світловий потік (що приблизно в раз перевершує значення мінімального світлового потоку, що реєструється сучасними фотоелементами), а робота виходу Дж. Число електронів в речовині об'ємом приймемо рівним числу атомів в цьому обсязі: Товщину шару речовини, в якому світло віддає свою енергію електронам, будемо вважати сумірною з довжиною хвилі видимого світла: Тоді отримаємо:
Навіть якщо прийняти, що електромагнітна світлова хвиля повністю віддає свою енергію на збудження вимушених коливань електронів, розташованих лише безпосередньо на
поверхні твердого тіла, т. е. прийняти товщину шару рівної діаметру атома то в цьому випадку
Насправді ж запізнювання виникнення фотоелектричного струму хоча б на мільйонні частки секунди після початку освітлення в експериментах не спостерігається. Вже з цієї невідповідності можна прийти до висновку, що електромагнітна теорія світла не здатна пояснити явище фотоефекту. Отже, уявлення про світло як безперервному електромагнітному хвильовому процесі не можна вважати повністю відповідними дійсну природу світла.
Відкриття основних законів фотоефекту підтвердило справедливість такого висновку. Згідно хвильової теорії, кінетична енергія вириваються з фотокатода електронів повинна зростати зі збільшенням амплітуди змушують електромагнітних коливань, т. Е. Зі збільшенням інтенсивності світла. Але експериментами було встановлено, що початкова швидкість фотоелектронів абсолютно не залежить від інтенсивності світла.
Сила фотоструму в ланцюзі при інших постійних умовах пропорційна потоку світлової енергії, що падає на фотокатод. Фотоефект спостерігається лише за умови, що довжина хвилі світла менше деякого граничного значення характерного для даного типу катода ( «червона межа фотоефекту»).
Максимальна кінетична енергія фотоелектронів лінійно зростає зі збільшенням частоти світла, що викликає фотоефект: