1. Сила тока насыщения , возникающая при освещенности монохроматическим светом, пропорциональна световому потоку, падающему на катод: .

2. Скорость фотоэлектронов увеличивается с ростом частоты (с уменьшением длины волны) падающего света и не зависит от интенсивности светового потока.

3. Независимо от интенсивности светового потока, фотоэффект начинается только при определенной, для данного материала, минимальной частоте (максимальной длине волны) света, называемой красной границей фотоэффекта.

Коэффициент пропорциональности k, соответствующий силе фототока (выраженной в мкА) при освещенности катода световым потоком в 1 лм, называют фоточувствительностью освещаемой пластинки. Он выражается в мкА/лм.

Волновая теория света оказалась в состоянии объяснить лишь первый из этих законов. Согласно этой теории, свет, представляющий собой электромагнитные волны, приводит электроны, находящиеся вблизи поверхности металла, в колебательное движение с амплитудой, зависящей от напряженности поля, и, следовательно, от интенсивности падающего света. В результате электрон приобретает кинетическую энергию, достаточную для преодоления силы притяжения положительных ионов и вылета его из металла. Чем больше интенсивность падающего света, тем больше электронов может покинуть металл, и тем больше будет фототок. Но из этого же рассуждения следует, что кинетическая энергия вылетающих электронов также должна быть пропорциональна интенсивности падающего на пластинку света, а это противоречит второму закону фотоэффекта. Точно так же непонятным, с точки зрения волновой теории, является и существование красной границы фотоэффекта.

Чтобы объяснить эти загадочные закономерности фотоэффекта, Эйнштейн использовал гипотезу Планка, говорящую о том, что электромагнитное излучение представляет собой не непрерывную волну, а поток отдельных частиц – фотонов.

Эйнштейн предположил, что явление фотоэлектрического эффекта является подтверждением дискретности света. Ведь если дискретность природы света проявляется при его поглощении и испускании, то она должна сохранятся и когда излучение распространяется в пространстве. Эйнштейн также показал, что любое монохроматическое излучение представляет собой совокупность квантов, энергия которых пропорциональна частоте. Коэффициентом пропорциональности является постоянная Планка. Это предположение дало возможность объяснить фотоэффект. Энергия кванта , падающего на вещество, расходуется на работу А вырывания электрона из вещества и на сообщение ему кинетической энергии. Электрон, находящейся внутри вещества, поглотив квант света, либо покинет вещество, либо останется внутри него. Это зависит от того, что больше: энергия поглощенного кванта света или работа выхода электрона. Если энергия поглощенного кванта больше работы выхода, то кинетическая энергия фотоэлектрона равна разности энергии поглощенного фотона и работы выхода:

;

. (5.13)

Выражение (5.13) носит название уравнения Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

Уравнение Эйнштейна является частным случаем закона сохранения и превращения энергии применительно к явлению фотоэффекта. Работа выхода зависит от природы вещества и может быть найдена в соответствующем справочном материале.

С уменьшением частоты падающего света (увеличением длины волны) энергия падающих квантов (фотонов) при некоторой частоте (или длине волны ) может стать равной работе выхода, т.е. или , откуда

, или . (5.14)

Граничная длина волны падающего света, при котором возникает фотоэффект, носит название красной границы фотоэффекта.