Energie von Photonen und die Quantentheorie
Jedes Lichtquant (Photon) trägt eine bestimmte Energie, die von seiner Frequenz f oder Wellenlänge λ abhängt. Diese Energie wird durch die Formel E_ph = h·f beschrieben, wobei h das Plancksche Wirkungsquantum 6,626⋅10−34Js ist. Alternativ lässt sich die Energie auch als E_ph = h·c/λ ausdrücken, mit c als Lichtgeschwindigkeit 2,998⋅108m/s.
Der Fotoeffekt erklärt sich dadurch, dass Elektronen eine bestimmte Mindestenergie benötigen, um das Metall zu verlassen. Diese Energie erhalten sie durch das eintreffende Licht. Nur wenn ein einzelnes Photon genügend Energie besitzt, kann es ein Elektron herauslösen.
Das klassische Wellenmodell des Lichts scheitert an der Erklärung des Fotoeffekts. Nach dieser Vorstellung hängt die Energie des Lichts von der Intensität (Amplitude) ab. Demnach müsste auch intensives weißes Licht Elektronen herauslösen können – tut es aber nicht! Das Teilchenmodell erklärt dagegen, warum nur Licht unterhalb einer bestimmten Grenzwellenlänge den Fotoeffekt auslösen kann.
Aha-Moment: Die Energie eines einzelnen Photons hängt nur von seiner Frequenz ab, nicht von der Lichtintensität! Mehr Licht bedeutet nur mehr Photonen, nicht energiereichere Photonen.