Valosähköinen ilmiö
Valosähköinen ilmiö on fysiikan ilmiö. Se perustuu ajatukseen, että sähkömagneettinen säteily koostuu fotoneiksi kutsutuista hiukkasista. Kun fotoni osuu elektroniin metallipinnalla, elektroni voi emittoitua. Emittoituneita elektroneja kutsutaan fotoelektroneiksi. Vaikutusta kutsutaan myös Hertz-ilmiöksi, koska sen löysi Heinrich Rudolf Hertz, mutta tätä nimeä ei käytetä usein. Fotosähköinen ilmiö on auttanut fyysikoita ymmärtämään valon ja elektronien kvanttiluonnetta. Aalto-hiukkasdualisuuden käsite kehitettiin valosähköisen ilmiön ansiosta. Albert Einstein ehdotti valosähköisen ilmiön lakeja ja sai fysiikan Nobel-palkinnon 1921.
Kaavio, joka osoittaa, miten elektronit emittoituvat metallilevystä.
Mekanismi
Kaikki sähkömagneettiset aallot eivät aiheuta valosähköistä vaikutusta, vaan ainoastaan tietyn tai sitä korkeamman taajuuden säteily aiheuttaa sen. Tarvittavaa vähimmäistaajuutta kutsutaan "katkaisutaajuudeksi" tai "kynnystaajuudeksi". Rajataajuutta käytetään työfunktion w {\displaystyle w} löytämiseksi. 
, joka on energiamäärä, joka pitää elektronin kiinni metallipinnassa. Työfunktio on metallin ominaisuus, eikä tuleva säteily vaikuta siihen. Jos metallipintaan osuu valon taajuus, joka on suurempi kuin raja-arvotaajuus, emittoituvalla elektronilla on jonkin verran liike-energiaa.
Valosähköisen ilmiön aiheuttavan fotonin energia saadaan E = h f = K E + w {\displaystyle E=hf=KE+w} 
missä h {\displaystyle h}
on Planckin vakio, 6,626×10 −34J-s, f {\displaystyle f}
on sähkömagneettisen aallon taajuus, K E {\displaystyle KE}
on fotoelektronin liike-energia ja w {\displaystyle w} on metallin työfunktio. Jos fotonilla on paljon energiaa, voi tapahtua Comptonin sironta (~ tuhansia eV) tai parituotanto (~ miljoonia eV).
Pelkkä valon voimakkuus ei aiheuta elektronien sinkoutumista. Vain valolla, jonka taajuus on katkaisutaajuus tai korkeampi, voidaan tehdä se. Valon voimakkuuden lisääminen lisää kuitenkin elektronien emittoitumista, kunhan taajuus on yli rajataajuuden.
Historia
Heinrich Hertz teki ensimmäisen havainnon valosähköisestä ilmiöstä vuonna 1887. Hän raportoi, että kipinä hyppäsi helpommin kahden varautuneen pallon välillä, jos niihin paistoi valoa. Hertzin havaitseman vaikutuksen selvittämiseksi tehtiin lisätutkimuksia. Vuonna 1902 Philipp Lenard osoitti, että fotoelektronin liike-energia ei riipu valon voimakkuudesta. Einstein esitti kuitenkin vasta vuonna 1905 teorian, joka selitti vaikutuksen täysin. Teorian mukaan sähkömagneettinen säteily on sarja hiukkasia, joita kutsutaan fotoneiksi. Fotonit törmäävät pinnalla oleviin elektroneihin ja emittoivat niitä. Tämä teoria oli vastoin käsitystä, jonka mukaan sähkömagneettinen säteily oli aalto. Niinpä sitä ei aluksi tunnustettu oikeaksi. Vuonna 1916 Robert Millikan julkaisi tyhjiövaloputkella tehtyjen kokeiden tulokset. Hänen työnsä osoitti, että Einsteinin valosähköinen yhtälö selitti käyttäytymisen hyvin tarkasti. Millikan ja muut tiedemiehet olivat kuitenkin hitaampia hyväksymään Einsteinin teoriaa valokvantteista. Maxwellin sähkömagneettisen säteilyn aaltoteoria ei voi selittää valosähköistä ilmiötä ja mustan kappaleen säteilyä. Nämä selitetään kvanttimekaniikalla.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on valosähköinen ilmiö?
V: Valosähköinen ilmiö on fysiikan ilmiö, jossa sähkömagneettinen säteily koostuu fotoneiksi kutsutuista hiukkasista, ja kun ne osuvat metallipinnalla oleviin elektroneihin, elektroni voi emittoitua muodostaen fotoelektroneja.
K: Kuka löysi valosähköisen ilmiön?
V: Heinrich Rudolf Hertz löysi valosähköisen ilmiön.
K: Miksi valosähköistä vaikutusta kutsutaan myös Hertz-ilmiöksi?
V: Valosähköistä vaikutusta kutsutaan myös Hertz-ilmiöksi, koska sen löysi Heinrich Rudolf Hertz.
K: Mikä on aalto-hiukkasdualismi?
V: Aalto-hiukkasdualismi on valosähköisen ilmiön ansiosta kehitetty käsite, joka auttoi fyysikoita ymmärtämään valon ja elektronien kvanttiluonnetta.
K: Kuka ehdotti valosähköisen ilmiön lakeja?
V: Albert Einstein ehdotti valosähköisen ilmiön lakeja.
K: Mikä oli valosähköisen ilmiön vaikutus fysiikkaan?
V: Valosähköinen ilmiö on auttanut fyysikoita ymmärtämään valon ja elektronien kvanttiluonnetta, kehittänyt aalto-hiukkasdualiteetin käsitteen ja vaikuttanut fysiikan Nobel-palkinnon vuonna 1921 saaneen Albert Einsteinin ehdottamiin valosähköisen ilmiön lakeihin.
Kysymys: Millä nimellä kutsutaan valosähköisessä ilmiössä emittoituvia elektroneja?
V: Valosähköisessä ilmiössä metallipinnasta emittoituvia elektroneja kutsutaan fotoelektroneiksi.
