L'expérience consiste à placer une photocathode (métal alcalin) à l'intérieur d'une enceinte sous vide et dont les parois sont transparentes jusqu'à l'UV. Une différence de potentiel est établie entre la photocathode et une anode collectrice. Sous l'action d'un rayonnement de longueur d'onde appropriée, un photo-courant s'établit. La caractéristique de la cellule photoélectrique , dépend du flux lumineux utilisé (Figure 4) et de la fréquence du rayonnement (Figure 5).

Lorsqu'on applique une d.d.p négative entre la cathode et l'anode, le champ électrique qui règne à l'intérieur de l'enceinte freine les électrons émis par effet photoélectrique. Il existe une d.d.p critique ( ) permettant d'annuler le photo courant. L'expérience montre que (-V0) ne dépend pas du flux lumineux (Figure 4) utilisé mais dépend de la fréquence du rayonnement utilisé (Figure 5). Le tracé de l'énergie potentielle en fonction de la fréquence (Figure 6) montre une variation linéaire dont la pente est égale à la constante de Planck ( ).

figure 4 : Cellule photoélectrique constituée d'une enceinte en quartz contenant une cathode photoémissive et d'une anode collectrice. La d.d.p appliquée peut être ajustée et sa polarité inversée pour éventuellement supprimer le photo-courant induit par un rayonnement à fréquence appropriée.

Figure 5 : Variation de l'intensité du courant en fonction du flux lumineux à fréquence fixée pour le rayonnement

L'interprétation correcte de l'effet photoélectrique a été donnée par Einstein (1905) en postulant le caractère corpusculaire du rayonnement : un rayonnement monochromatique (de fréquence ) est constitué par des photons (grains d'énergie) dont chacun transporte une énergie , h étant la constante de Planck.

Figure 6 : Variation du courant avec la fréquence (flux constant) et Energie cinétique maximale des photo-électrons