Figure 7 : Schéma de la répartition des électrons dans la bande d'énergie de conduction d'un métal. Chaque électron est retenu au métal par une énergie de liaison Δi. L'énergie minimale requise pour libérer un électron d'un métal par un rayonnement correspond au travail de sortie du métal (Ws).

Apport d'Einstein

Dans un métal, les électrons sont répartis sur un continuum d'énergie dans la bande de conduction schématisé en figure 7 par des électrons( ) à des niveaux d'énergie différents. Leur libération par le métal nécessite un apport d'énergie au moins égal au minimum noté qui représente une caractéristique du métal (travail de sortie).

Dans son interprétation de l'effet photoélectrique, Einstein a introduit la notion de photons qui sont des « grains » d'énergie constituant le rayonnement. L'effet photoélectrique repose donc sur un processus d'interaction photon-électron en ce sens que le photon communique à l'électron une énergie qui se répartit selon le bilan suivant :

Pour les électrons les plus énergétiques dans le métal ( dans le schéma ci-dessus), est égal à et l'énergie cinétique de ces électrons est maximale :

La mesure de par application d'un potentiel d'arrêt ) tel que permet de déterminer la constante de Planck, le travail de sortie du métal et la fréquence seuil du rayonnement (seuil photoélectrique).

Cette expérience s'interprète par un nouveau concept sur la notion de photons qui constituent tout rayonnement. L'autre aspect du rayonnement en tant qu'onde demeure bien entendu valable pour décrire des expériences telles que les phénomènes d'interférences et de diffraction. On reviendra plus loin sur cette dualité qui caractérise la nature du rayonnement (onde, photons).