by 
Γιατί μας ενδιαφέρει: Για την απόδειξη της φωτοηλεκτρικής εξίσωσης, δεν χρειάζεται η σωματιδιακή φύση του φωτός: χρειάζεται απλώς η κβάντωση της ενέργειας του φωτός και η αρχή διατήρησης της ενέργειας. Ο ίδιος ο Einstein ερμήνευσε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο χωρίς να αναφερθεί σε σωματιδιακή φύση του φωτός. Τα φωτόνια εισάχθηκαν αργότερα για την ερμηνεία του φαινομένου Compton, ώστε να ισχύει η αρχή διατήρησης της ορμής.
Τα ηλεκτρόνια που υπάρχουν στο εσωτερικό ενός αγωγού περιορίζονται στο χώρο που καταλαμβάνει ο αγωγός, από δυνάμεις που εμποδίζουν τη διάχυσή τους στο περιβάλλον. Όταν μια δέσμη φωτός προσπίπτει πάνω στην επιφάνεια του αγωγού κάποια ηλεκτρόνια απορροφούν ενέργεια, αρκετή για να υπερνικήσουν αυτές τις δυνάμεις και βγαίνουν από το αγωγό.
Για να υπερνικήσει τις δυνάμεις που το συγκρατούν στον αγωγό, ένα ηλεκτρόνιο πρέπει να προσλάβει ένα ελάχιστο ποσό ενέργειας, που ονομάζεται έργο εξαγωγής και συμβολίζεται με 
(α) Να αποδείξετε ότι: 
Ο Einstein υπόθεσε ότι το φως αποτελείται από μικρά πακέτα ενέργειας 
(β) Να αποδείξετε ότι: 
(γ) Να αποδείξετε ότι για να απομακρυνθεί ένα ηλεκτρόνιο από τον αγωγό θα πρέπει: 
Να μη χρησιμοποιήσετε την έννοια φωτόνιο.
Οι απαντήσεις υπάρχουν εδώ: Απόδειξη της φωτοηλεκτρικής εξίσωσης του Einstein χωρίς φωτόνια – Πρότυπα Θέματα Φυσικής
Καλησπέρα Ανδρέα και καλή χρονιά. Δεν καταλαβαίνω καλά τι εννοείς. Από την στιγμή που χρησιμοποίησε την κβάντωση της ακτινοβολίας δεν χρησιμοποίησε την έννοια του φωτονίου; Το ότι το κβάντο ακτινοβολίας ονομάστηκε αργότερα φωτόνιο, νομίζω από τον Lewis, θεωρώ ότι δεν αλλάζει ουσιωδώς κάτι. Είναι απλά θέμα ονομασίας, έτσι δεν είναι;
Θοδωρή καλή χρονιά!
Εύστοχη η παρατήρησή σου!
Αυτό που πρέπει να διευκρινιστεί είναι ότι δεν πρόκειται για ζήτημα ονομασίας αλλά Φυσικής: Για να ερμηνεύσει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, ο Αϊνστάιν μπόρεσε να ερμηνεύσει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο περιοριζόμενος απλώς στην κβάντωση της ενέργειας. Δεν είχε οποιοδήποτε λόγο να μιλήσει για σωματίδιο φωτός. Αυτό φαίνεται και από τις αποδείξεις που παραθέτω.
Το σωματίδιο φωτός προέκυψε ως εικασία από την εξίσωση του de Broglie και θεμελιώθηκε με το πείραμα του Compton.
Αν από την Ενότητα Φωτοηλεκτρικό Φαινόμενο του σχολικού βιβλίου αφαιρέσουμε οποιαδήποτε αναφορά σε σωματίδιο φωτός και αναφερθούμε απλώς σε κβάντα ενέργειας, δεν διαταράσσεται καθόλου το νόημα της Ενότητας.
Αντιθέτως αυτό δε συμβαίνει με την Ενότητα Φαινόμενο Compton: Εκεί, επειδή αναφερόμαστε σε ορμή, πρέπει να μιλήσουμε για σωματίδιο φωτός.
Με άλλα λόγια: το κβάντο ενέργειας δεν είναι σωματίδιο· είναι η ελάχιστη ποσότητα ενέργειας. Και στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο χρησιμοποιούμε την ελάχιστη ποσότητα ενέργειας φωτός που αντιστοιχεί σε ορισμένη συχνότητα.
Πρώτος ο Planck αναφέρθηκε σε ελάχιστη ποσότητα ενέργειας φωτός και όχι σε σωματίδια φωτός. Αυτή την ιδέα χρησιμοποίησε ο Αϊνστάιν.
Μια διόρθωση στα ιστορικά γεγονότα: Το πείραμα του Compton (1924) προηγήθηκε από τη θεωρία του de Broglie (1925). Ωστόσο και τα δύο αφορούσαν την κυματοσωματιδιακή υπόσταση του φωτός και της ύλης και συνέβησαν περίπου είκοσι χρόνια μετά την εξήγηση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου από τον Αϊνστάιν, το 1905.
O Lewis πρότεινε τον όρο φωτόνιο το 1926.
Οπότε σύμφωνα με αυτά :
Ρίχνουμε φως με συχνότητα hfo/2 και έχουμε πάλι φωτοηλεκτρικό φαινόμενο όταν το ηλεκτρόνιο πάρει δυο ελάχιστες ποσότητες ενέργειας . Τι λάθος ;
Δεν βλέπω γιατί θα πρέπει να πάρει μια δόση hfo το κάθε ηλεκτρόνιο. Εμένα ο γιατρός δεν μου απαγορεύει να πάρω δυο σαλασπιράκια το ένα μετά το άλλο.
Μάλλον εδώ μέσα στις προϋποθέσεις είναι ότι το ηλεκτρόνιο δεν μπορεί να πάρει δυο κβάντα ενέργειας. Δηλαδή ή ένα και έφυγε ή κανένα αλλά όχι 2 ή περισσότερα.
Πολλές υποθέσεις μαζεύτηκαν και θα επέμβει ο Όκαμ με την μαχαίρα του.
Πάντως ιστορικά οντως αυτή ήταν η διαμάχη που ξέσπασε μετά την δημοσίευση του Αϊνσταίν. Επικεντρώθηκε όμως κυρίως αν το φως αλληλεπιδρά με την φωτοκάθοδο μόνο σε ενεργειακα κβάντα ( ασυνεχώς ) αλλά διαδίδεται κυματικά … ή και σε άλλες αλληλεπιδράσεις ( και ίσως και στην διάδοσή του ) μπορεί να περιγραφεί ως κβάντα . Διότι τα φαινόμενα της διάθλασης, περίθλασής και συμβολής επέβαλαν μια αδιαμφισβήτητη κυματική φύση και ο Huygens είχε ήδη σκοτώσει προ πολλού την σωματιδιακή αντίληψη της Οπτικής του Νεύτωνα. Υγιής αντίδραση μάλλον να πιστεύουμε ότι ο νεκρός δεν ζωντανεύει Και για να λέμε την αλήθεια το κύμα μεταφέρει ενέργεια με συνεχή τρόπο.
Υ.Γ. Οι φαρμακοτρίφτες τότε χορηγούσαν και φάμακά σε υγρή μορφή με συνεχή ροή αλλά και φάρμακα σε χάπια με ασυνεχείς δόσεις . Αλλά το καθένα ήταν ή χάπι ή υγρό. Κανένα δεν ήταν και τα δυο. Και για τους φυσικούς όμως ήταν αδιανόητο να μπορούν να έχουμε ταυτόχρονα δυο περιγραφές για το φως . Δικαιολογημένα βρέθηκαν σε κατάσταση κρίσης.
Το μόνο ερώτημα είναι γιατί να μεταφέρουμε και στους μαθητές του Λυκείου την κρίση ; Βοηθά στην διδακτική των περιγραφών της φύσης ;
Δημήτρη, καλή και δημιουργική χρονιά.
Σχετικά με τα εύλογα ερωτήματά σου:
Ερώτημα: “Ρίχνουμε φως με συχνότητα hf/2 και έχουμε πάλι φωτοηλεκτρικό φαινόμενο όταν το ηλεκτρόνιο πάρει δυο ελάχιστες ποσότητες ενέργειας. Τι λάθος; Δεν βλέπω γιατί θα πρέπει να πάρει μια δόση hf το κάθε ηλεκτρόνιο.”
Απάντηση: Αν λάβουμε υπόψη μας την αρχή διατήρησης της ενέργεια και θεωρήσουμε ότι κάθε ηλεκτρόνιο μπορεί να πάρει μόνο μια δόση ενέργειας hf οδηγούμαστε σε ποσοτικά συμπεράσματα που συμφωνούν με τις εργαστηριακές μετρήσεις.
Ερώτημα: “Το μόνο ερώτημα είναι γιατί να μεταφέρουμε και στους μαθητές του Λυκείου την κρίση; Βοηθά στην διδακτική των περιγραφών της φύσης;”
Απάντηση: Αυτό που κατά τη γνώμη μου προκύπτει από την παρούσα ανάρτηση είναι ότι για την ερμηνεία του φωτοηλεκτρικού φαινομένου είναι περιττό να αναφερόμαστε σε σωματίδια φωτός. Η έννοια κβάντο ενέργειας είναι αρκετή. Έτσι η διδασκαλία του φαινομένου απλοποιείται.
Τα σωματίδια φωτός εισάγονται αργότερα. όταν μελετάμε το φαινόμενο Compton.