Erklärung
Trifft monochromatisches Licht auf eine Metalloberfläche, können Elektronen austreten. Nach der klassischen Vorstellung müsste dafür nur die Intensität groß genug sein, um Elektronen aus dem Metall zu lösen. Beobachtet wird etwas anderes: Egal, wie hell das Licht ist, erst wenn die Frequenz ν größer als eine Grenzfrequenz ν0 ist, treten Elektronen aus. Eine höhere Intensität des Lichts bei gleicher Frequenz ändert nur, wie viele Elektronen austreten, nicht ihre maximale Bewegungsenergie Emax.
Einstein erklärte das 1905 mit Plancks Energiequanten. Licht gibt seine Energie in diskreten Portionen ab, den Photonen. Jedes Photon besitzt eine Energie von E = h·ν. Dabei ist h das Plancksche Wirkungsquantum. Mindestens die Austrittsarbeit WA ist nötig, um Elektronen aus dem Metall zu lösen. Der Rest wird in Bewegungsenergie umgewandelt. Der Photoeffekt zeigt so die Teilchennatur des Lichts.
Emax = hν − WA
Im Applet kann man mit der Gegenspannung U die maximale kinetische Energie Emax, die ein Elektron hat, bestimmen. Bei U0 kommt kein Elektron mehr an, dann gilt eU0 = Emax.
Vereinfachtes Modell: Austrittsarbeiten sind Richtwerte. Jedes Photon oberhalb der Grenze löst genau ein Elektron aus, real sind es weniger. Die Energien der Elektronen sind zwischen 0 und Emax gleich verteilt, Kontaktspannungen sind vernachlässigt. Nach Neamen, Semiconductor Physics and Devices, Abschnitt 2.1.1.