EFFETTO FOTOELETTRICO L’effetto fotoelettrico consiste nell’emissione di elettroni da parte di un metallo, colpito da radiazione luminosa come nel circuito in figura. A e- luce anodo Catodo (materiale fotosensibile)

La luce colpisce il catodo (collegato al polo negativo) il quale emette un elettrone che viene attratto dall’anodo (che è collegato al polo positivo) si genera una corrente elettrica detta corrente fotoelettrica. Tale effetto si verifica quando la frequenza della luce incidente è superiore alla frequenza di soglia che dipende dal materiale di cui è costituito il catodo. Anche aumentando quanto si vuole l’intensità della luce incidente, se la frequenza della radiazione è inferiore al valore di soglia caratteristico di quel materiale, non si verifica l’effetto fotoelettrico, anche in presenza di una luce intensissima; viceversa, anche in presenza di una luce poco intensa, ma di frequenza superiore a quella di soglia si verifica l’effetto fotoelettrico (cioè circolerà corrente nel circuito). La fisica classica non riusciva a spiegare questo effetto. Einstein riuscì a spiegarlo e per questo ricevette il premio Nobel.

Applicando il principio di conservazione dell’energia: (1) E è l’energia del raggio incidente; W0 è il lavoro necessario per estrarre l’elettrone dal metallo; K è l’energia cinetica acquistata dall’elettrone. E -e L’energia incidente E, utilizzando la legge di Planck, è l’energia del quanto che colpisce l’elettrone sostituendo nella (1) si ottiene:

W0 è un lavoro e si calcola come l’energia è detta frequenza di soglia; al di sotto di essa non si verifica l’effetto fotoelettrico, cioè il quanto incidente non ha l’energia sufficiente per estrarre l’elettrone. Viceversa se si verifica l’effetto fotoelettrico l’energia cinetica acquistata dall’elettrone sarà: (2) Studiamo la funzione (2)

K (J)  (Hz) 01 02 Na Au A

se l’elettrone non ha energia cinetica < appena l’elettrone acquista energia cinetica. > In questo modo si spiega perché, pur aumentando l’intensità luminosa, se la frequenza è < ν0 (ad esempio punto A) l’elettrone non acquista l’energia cinetica sufficiente ad essere espulso dall’atomo. Einstein ipotizzò che la luce stessa fosse costituita da quanti, detti fotoni, ognuno portatore di un pacchetto di energia h·ν, andando oltre l’ipotesi di Planck della quantizzazione dell’energia. Planck in realtà aveva solo ipotizzato il fatto che qualsiasi energia in natura è quantizzata. Einstein capì che anche la luce è costituita da corpuscoli ognuno dei quali ha un’energia h·ν.

Einstein come Newton riporta in auge la natura corpuscolare della luce in contrapposizione a Huygens secondo il quale la luce ha natura ondulatoria. Attualmente si pensa che la luce ha una natura duale, cioè in alcuni fenomeni si presenta come corpuscoli, in altri come onde. Alcuni studiosi pensano che la luce si comporti come se fosse composta da pacchetti microscopici di onde.