Отрицательно заряженная шлифованная цинковая пластина теряет заряд при облучении ультрафиолетовым светом. Это явление называется внешним фотоэффектом.
Более тщательные исследования в конце 19-го века показали, что фотоэффект проявляется и при использовании других металлов, но только если длины волн достаточно коротки. Для каждого вещества существует определенная предельная длина волны, при превышении которой наблюдается фотоэффект. Прежде всего, исследователей озадачил тот факт, что длинноволновый свет не производит такого эффекта даже при самой большой интенсивности.
Альберт Эйнштейн объяснил это в 1905 году. Свет состоит из частиц (фотонов), причем энергия одного фотона пропорциональна частоте света. Для того чтобы вырвать электрон с поверхности металла требуется определенная (зависящая от материала) энергия. Ее называют работой выхода. Из этого объяснения вытекает следующее соотношение:
Eкин ... максимальная кинетическая энергия выбитого электрона
h ..... постоянная Планка (6,626 · 10-34 Дж/c)
f ..... частота
W ..... работа выхода
Данное приложение имитирует экспериментальную установку для изучения фотоэффекта. В излучении ртутной лампы отфильтровывается одна спектральная линия. Этот свет попадает на катод (K) фотоэлемента и вызывает там фотоэффект (или нет). Чтобы определить максимальную кинетическую энергию выходящих электронов, с помощью схемы потенциометра задерживающее напряжение увеличивается до тех пор, пока электроны не перестанут поступать на анод (А). Синий индикатор показывает значение этого задерживающего напряжения. По красному индикатору можно определить, достигают ли еще электроны анода.
С помощью управляющих элементов можно выбрать материал катода, длину волны и задерживающее напряжение. Указанные числовые значения отражают энергетический баланс при фотоэффекте. Результаты измерений отображаются на диаграмме зависимости частоты и напряжения в левом нижнем углу, но их можно стереть с помощью кнопки “Очистить”.
Две серии измерений (для цезия и натрия) на диаграмме U(f) дают две параллельные прямые. По наклону этих прямых можно рассчитать постоянную Планка. Работа выхода для соответствующего материала катода определяется в месте непосредственного пересечения прямой с осью.