안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
아인슈타인은 빛이 에너지 hf를 가진 알갱이인 광자로 이루어져 있고, 금속 속 전자 하나가 광자 하나의 에너지를 통째로 받는다고 봤어요. 빛의 세기를 높이는 건 광자 하나의 에너지를 키우는 게 아니라 광자 수를 늘리는 거라서, 튀어나오는 전자의 수만 늘고 전자 하나의 에너지는 그대로예요. 그래서 세기를 올리면 포화 광전류만 커져요.
전자가 금속을 빠져나오려면 일함수 W만큼의 에너지가 필요해요. 광자 에너지에서 이 값을 빼고 남은 hf − W가 튀어나온 전자의 최대 운동 에너지예요. hf가 W보다 작으면 아무리 강한 빛을 비춰도 전자가 나오지 않고, 이 경계가 문턱 진동수 f₀ = W/h예요. 일함수는 금속마다 달라서 세슘은 약 2.1eV라 가시광선에도 반응하지만, 아연은 약 4.3eV라 자외선을 비춰야 해요.
진공관 속 금속판에 빛을 쬐고 반대쪽 전극에 거꾸로 전압을 걸어 전류가 0이 되는 정지 전압 V₀를 재면, eV₀가 최대 운동 에너지예요. 빛을 파동으로 본 고전 이론은 세기가 클수록 전자 에너지가 커지고, 약한 빛에서는 에너지가 쌓일 시간이 필요하다고 예측했지만 실제로는 빛을 비추자마자 전자가 튀어나왔어요. 아인슈타인은 이 해석으로 1921년 노벨 물리학상을 받았어요 :)