Teori gelombang elektromagnetik dengan jelas menjelaskan sifat optik cahaya tetapi, bagaimanapun, teori ini tidak dapat menjelaskan secara wajar sifat radiasi yang dipancarkan oleh benda padat yang panas, radiasi yang memancarkan benda hitam, maupun interaksi yang cahaya diberikan dengan materi yang dihasilkan dalam efek fotolistrik.
– Radiasi benda hitam:
Ketika kita memanaskan benda padat, seperti sepotong besi, benda tersebut memancarkan radiasi elektromagnetik dari semua jenis panjang gelombang, karena eksitasi termal yang dialami atom-atom yang berbeda. Panjang gelombang yang sesuai dengan radiasi terbesar atau paling intens yang dipancarkan, diwakili oleh max, dan tergantung pada suhu di mana tubuh berada, sesuai dengan hukum Wien :
maks T = konstan
Ketika suhu tidak terlalu tinggi, padatan terutama memancarkan radiasi jenis inframerah, yaitu panas; Namun, jika kita menaikkan suhu menjadi sekitar 1000ºC, itu terlihat pijar, bersinar dengan lampu merah yang khas, karena dari semua jenis radiasi yang terlihat, jenis ini tidak diragukan lagi yang paling intens.
Untuk menjelaskan penempatan yang mengikuti frekuensi radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam, ilmuwan kelahiran Jerman Max Planck, pada tahun 1900, mengembangkan hipotesis yang menyebutkan bahwa atom yang berosilasi dengan frekuensi yang sama dalam benda A dari jenis ini, yaitu, benda hitam, bertukar energi di antara mereka dalam bentuk penambahan tipe elektromagnetik dalam jumlah yang sangat kecil, dalam hal apa pun kelipatan hν. Ini berarti bahwa energi yang telah diperoleh, atau telah ditransfer, akan ditemukan sebagai 0.1hν, 2hν, 3hν, 4hν, dll, yang menjelaskan bahwa energi terkuantisasi , umumnya:
E = nhν ; dari mana mengacu pada frekuensi radiasi yang dipancarkan, yang bertepatan dengan frekuensi osilasi; h adalah konstanta proporsionalitas yang lebih dikenal sebagai konstanta Planck, yang bernilai 6.626,10 ^ -34 Js, dan untuk an selalu bilangan bulat, yang dapat 0,1,2,3….
Peningkatan energi terkecil pada frekuensi tertentu, hν, disebut energi kuantum.
– Efek fotolistrik:
Pada tahun 1905, ilmuwan Jerman Albert Einstein, mulai dari hipotesis yang dikembangkan oleh Max Planck, berhasil menjelaskan efek fotolistrik, dan sampai pada kesimpulan bahwa dengan cara yang sama materi tidak kontinu dan terdiri dari atom, energi juga tidak kontinu, dan terdiri dari kuanta.
Untuk memahami efek fotolistrik, Einstein menunjukkan bahwa radiasi insiden (cahaya) terdiri dari sejumlah kecil unit energi, yang dikenal sebagai kuanta energi cahaya, juga dikenal sebagai foton:
E foton = hν
Ketika sebuah foton yang memiliki frekuensi, mengenai permukaan logam, ia menyebarkan energinya ke elektron logam. Bagian tertentu dari energi ini (Eº) digunakan untuk mengatasi gaya tarik menarik yang ada antara elektron dan logam, atau yang sama, untuk melepaskan elektron dari permukaan logam. Sisa dari total kelebihan energi digunakan untuk meningkatkan energi kinetik elektron yang telah dipancarkan.
Mengikuti prinsip kekekalan energi, persamaan berikut akan mengikuti:
hν = Eº + 1/2 mν ^ 2; dari mana Eº mengacu pada energi minimum yang harus dimiliki foton untuk melepaskan elektron. Energi tersebut sama dengan hν0, dari mana 0 adalah frekuensi ambang, atau yang sama, frekuensi minimum cahaya yang mampu menyebabkan efek fotolistrik.
Nilai 0 adalah karakteristik untuk masing-masing logam.