Ljósrof
Ljósrof verður skýrt með ljóseindalíkaninu: ein ljóseind ber orkuna E=hf og rafeind losnar aðeins ef orka þeirrar einu ljóseindar nær að minnsta kosti vinnufalli yfirborðsins.
Fyrst þröskuldur, síðan styrkur
Orkujafnan er hf=φ+Kmax. Ef hf<φ losnar engin rafeind þótt ljósstyrkurinn sé aukinn. Fyrir ofan þröskuldinn fer umframorkan í hreyfiorku hraðasta ljóseindarafeindarinnar.
Meiri styrkur við sömu tíðni yfir þröskuldi gefur fleiri ljóseindir á tíma og yfirleitt meiri ljósstraum, en ekki stærra Kmax fyrir hverja rafeind.
Þröskuldsreiknivél
Stöðvunarspenna mælir hámarksorkuna
Mótspenna getur hægt á rafeindunum. Þegar jafnvel hraðasta rafeindin rétt stöðvast gildir eVₛ=Kmax.
Þetta aðskilur áhrif tíðni frá áhrifum styrks: tíðni breytir stöðvunarspennu en styrkur breytir fyrst og fremst fjölda losaðra rafeinda.
Tilraunin sýnir línulegt samband við tíðni
Kmax hækkar línulega með f og verður núll við efnisbundna þröskuldstíðni. Hallatala línunnar tengist Planck-fastanum h.
Vinnufallið φ er yfirborðs- og efnisbundið; það er ekki alheimsfasti. Óhreinindi og yfirborðsástand geta því haft mælanleg áhrif.
Tíðni og styrk má ekki rugla saman
c=fλ tengir tíðni og bylgjulengd. Styttri bylgjulengd merkir meiri orku hverrar ljóseindar, en mikill ljósstyrkur merkir ekki sjálfkrafa orkumeiri ljóseindir.
Sterkt rautt ljós getur verið undir þröskuldi meðan veikt útfjólublátt ljós losar rafeindir. Þetta var lykilatriði sem klassísk bylgjulýsing gat ekki skýrt á einfaldan hátt.
Leyst dæmi
1. Þröskuldsbylgjulengd
φ=2,5 eV.
Lausn
λ₀≈1240/2,5=496 nm.
2. Hreyfiorka
hf=4,2 eV og φ=2,0 eV.
Lausn
Kmax=2,2 eV.
3. Stöðvunarspenna
Kmax=1,6 eV.
Lausn
Vₛ=1,6 V.
Raunverulegt yfirborð gefur oft dreifingu rafeindaorku vegna orkuástanda í efninu, árekstra og yfirborðsaðstæðna. Engu að síður halda þröskuldsskilyrðið, orkujafnan hf=φ+Kmax og stöðvunarspennan utan um meginorkubókhaldið og sýna skýrt að orka hverrar ljóseindar ræðst af tíðni.
Tilraunaniðurstöðu þarf að greina frá hugsjónalíkani. Tíðni, bylgjulengd, hitastig, yfirborðsástand og svörun mælitækis geta breytt því sem sést, en grunnorkusamböndin segja hvaða ferli eru möguleg. Sérstaklega þarf að aðgreina orku hverrar ljóseindar frá fjölda ljóseinda: mikill styrkur þýðir ekki sjálfkrafa stærra hf. Á sama hátt er litrófshámark ekki allt litrófið og þröskuldur merkir ekki að allar smásæjar útkomur séu eins. Í tölulegri greiningu skal athuga einingar áður en tölum er stungið inn og breyta samkvæmlega milli eV, joule, tíðni og bylgjulengdar. Þá er hægt að bera niðurstöðuna saman við skýr jaðarskilyrði, svo sem enga ljósrafeindalosun undir þröskuldi, styttri hámarksbylgjulengd við hærra hitastig og varðveislu orku í einstöku ljóseindaferli.