Licht ist eine elektromagnetische Welle. In einem Körper, der Licht aussendet (z.B. ein Glühdraht) werden Elektronen extrem beschleunigt. Bei diesen Beschleunigungsvorgängen verändern die Elektronen das elektrische und magnetische Feld in ihrer Umgebung. Das elektromagnetische Wechselfeld erzeugt in der Umgebung weitere elektrische und magnetische Felder, so dass sich die oszillierenden elektrischen und magnetischen Felder in alle Raumrichtungen ausbreiten. Trifft ein solches elektromagnetisches Wechselfeld unsere Netzhaut im Auge und hat das elektromagnetische Wechselfeld eine geeignete Frequenz, werden die Elektronen in den Nervenzellen der Netzhaut beschleunigt. Die beschleunigten Elektronen werden im Gehirn als elektrischer Impuls wahrgenommen und das Gehirn interpretiert die elektrischen Impulse so, dass unser Bewusstsein ein Bild unserer Umgebung wahrnimmt.
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts forschten viele Physiker*innen mit elektromagnetischen Wellen. Heinrich Hertz führte 1887 erstmals Versuche durch, bei denen er Metallplatten elektrisch positiv oder negativ auflud und mit Licht bestrahlte. Diese Versuche wurden in den folgenden Jahren von anderen nachgebaut und systematisch wiederholt.
Wenn bei diesen Versuchen Licht als eine elektromagnetische Welle auf eine Metallplatte fällt, trifft die elektromagnetische Welle auf Elektronen und beschleunigt diese. Ein Elektron wird von den positiv geladenen Protonen der Metallplatte angezogen. Wenn die elektromagnetische Welle einem Elektron hinreichend viel Energie übertragen hat, ist es so schnell, dass es gegen die Anziehung der Protonen die Platte verlassen kann. Man erwartet also folgendes:
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Wenn die Metallplatte elektrisch neutral ist, gibt es genauso viele negative wie positive Ladungen auf der Metallplatte. Wenn auf die neutrale Metallplatte Licht fällt, werden Elektronen so stark beschleunigt, dass sie die Platte verlassen können. Sobald Elektronen die Platte verlassen haben, wird die Metallplatte leicht positiv geladen. Ein einzelnes herausgelöstes Elektron wird von der positiven Ladung der überzähligen Protonen angezogen und fällt zurück auf die Platte. Wenn die Lichtintensität erhöht wird und pro Sekunde noch viel mehr Elektronen aus der Platte gelöst werden, wird die Platte noch positiver und die anziehende Kraft auf die ausgelösten Elektronen wird entsprechend größer, so dass sie nach kurzer Zeit wieder von der Metallplatte aufgenommen werden. Die Metallplatte bleibt im zeitlichen Mittel neutral.
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Wenn die Metallplatte elektrisch positiv geladen ist, gibt es mehr positive als negative Ladungen auf der Metallplatte. Wenn auf die positiv geladene Metallplatte Licht fällt, werden einzelne Elektronen so stark beschleunigt, dass sie die Platte verlassen können. Die herausgelösten Elektronen verstärken die positive Ladung der geladenen Metallplatte und die herausgelösten Elektronen werden nach kurzer Zeit von der Metallplatte wieder aufgenommen. Da keine zusätzlichen Elektronen auf die Platte kommen bleibt die Platte im zeitlichen Mittel positiv geladen.
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Wenn die Metallplatte elektrisch negativ geladen ist, gibt es mehr negative als positive Ladungen auf der Metallplatte. Wenn auf die negativ geladene Metallplatte Licht fällt, werden einzelne Elektronen so stark beschleunigt, dass sie die Platte verlassen können. Sobald ein Elektron die Platte verlassen hat, wird das Elektron von der etwas weniger negativ geladenen, aber immer noch elektrisch negativ geladenen Platte, abgestoßen und fliegt von der Platte weg. In der Umgebung werden die Elektronen von Luftmolekülen aufgenommen. Die Platte verliert im Lauf der Zeit Elektronen und die negative Aufladung der Platte wird geringer, bis die Platte irgendwann entladen ist.