Fotoefekt
Fotoefekt ehk fotoelektriline efekt on elektronide emissioon metalli (või ka muu koostisega keha) pinnalt elektromagnetkiirguse (sealhulgas nähtava valguse ja ultraviolettkiirguse) toimel.
Fotoefekti tekkimiseks peab pinnale langeva elektromagnetkiirguse sagedus ületama sellele pinnale omase lävisageduse. Kui kiirguse sagedus on lävisagedusest väiksem, siis elektronide emissiooni ei toimu, sest nad ei saa elektromagnetkiirguselt energiat, mis on vajalik vabanemiseks seosest aatomituumadega. Fotoefekti käigus emiteeruvaid elektrone nimetatakse fotoelektronideks.
Katsed näitasid, et metalli pinnalt välja löödud elektronide arv on võrdelises sõltuvuses metalli peale langeva valguse intensiivsusest, kuid ei mõjuta elektronide energiat. Sellele nähtusele andis 1905. aastal lõpliku seletuse Albert Einstein. Tuginedes Max Plancki poolt viis aastat varem loodud kvantteooriale, pidas Einstein valgust korpuskulaarseks nähtuseks: valgus saab neelduda või kiirata kindlate diskreetsete väärtuste (kvantide) kaupa. Einstein oletas, et valgust kandev osake (footon) lööb metalli pinnalt välja elektroni siis, kui footoni energia on suurem kui elektroni väljumistöö.
Footoni energia on sõltuv talle vastava laine sagedusest. Seega, mida suurem on pealelangeva valguse sagedus, seda tõenäolisemalt vabaneb metalli pinnalt elektrone.
Matemaatiliselt väljendub fotoefekt järgmises võrrandis:
- , kus
A on väljumistöö ehk energia, mis on vaja anda elektronile, et teda metalli pinnalt vabastada;
on väljunud elektroni kineetiline energia (m on elektroni mass ja v on elektroni kiirus) ning
hν on footoni ehk valguskvandi energia (ν on footonile vastava laine sagedus ning h on Plancki konstant).
Kui footoni energia on suurem kui väljumistöö, siis väljub elektron, mille kineetiline energia võrdub footoni energia ja elektroni väljumistöö vahega. Teades elektroni massi, on võimalik arvutada tema kiirus.
Aastal 1921 sai Einstein fotoefekti teooria eest Nobeli auhinna.