L’effetto fotoelettrico: la luce fatta di fotoni
Illuminando un metallo con luce ultravioletta se ne strappano elettroni. Ma con luce rossa, anche intensissima, non esce nessun elettrone; e l’energia degli elettroni emessi dipende dal colore della luce, non dalla sua intensità. Nel 1905 Einstein spiegò tutto supponendo che la luce sia fatta di fotoni, ciascuno con energia h f, e che ogni fotone ceda la sua energia a un solo elettrone.
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Kmax = h f − W (se h f > W)
Per uscire dal metallo un elettrone deve ricevere almeno il lavoro di estrazione W: 2,1 eV per il cesio, 2,3 eV per il sodio, 4,3 eV per lo zinco. Un fotone da solo deve bastare: se h f è minore di W non esce nessun elettrone, qualunque sia l’intensità. Per il sodio la soglia è a 544 nm, luce verde.
Sopra la soglia, l’energia che avanza diventa energia cinetica dell’elettrone: Kmax = h f − W. Il grafico è una retta di pendenza h, uguale per tutti i metalli, che parte dalla frequenza di soglia. Con luce a 400 nm (3,10 eV) il sodio emette elettroni con 0,82 eV al massimo.
L’intensità decide solo quanti fotoni arrivano, e quindi quanti elettroni escono al secondo: la corrente, non l’energia dei singoli elettroni. Per queste idee Einstein ricevette il premio Nobel nel 1921. Millikan, che voleva smentirle, le confermò con misure precise nel 1916.
L’animazione mostra, la spiegazione fa capire
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