Pada 1887 Heinrich Hertz mengamati peningkatan berkurangnya muatan dari elektroda logam ketika disinari dengan cahaya ultraviolet. Pengamatan itu diteruskan oleh Hallwachs yang menemukan adanya emisi elektron ketika menyinari permukaan–permukaan logam seperti seng, rubidium, potassium dan sodium dengan cahaya ultraviolet. Proses lepasnya elektron–elektron dari permukaan logam yang disinari disebut emisi fotoelektron atau efek fotolistrik

Efek fotolistrik selanjutnya diamati oleh Lenard pada tahun 1902 dengan perangkat seperti ditunjukkan pada Gambar 3. Lenard menemukan bahwa jika pelat (seng) disinari dengan sinar ultraviolet, maka elektron akan lepas dan meninggalkan pelat dengan fakta–fakta:

  1. suatu jenis logam tertentu bila disinari (dikenai radiasi) dengan frekuensi yang lebih besar dari harga tertentu akan melepaskan elektron, walaupun intensitas radiasinya sangat kecil. Sebaliknya, berapapun besar intensitas radiasi yang dikenakan pada suatu jenis logam, jikafrekuensinya lebih kecil dari harga tertentu maka tidak akan dapat melepaskan elektron dari logam tersebut.
  2. kecepatan (energi kinetik) elektron yang lepas dari permukaan logam tidak bergantung pada intensitas cahaya, tetapi hanya bergantung pada frekuensi (atau panjang gelombang) sinar yang digunakan,
  3. Jika batas frekuensi radiasi untuk terjadinya efek fotolistrik terpenuhi, meningkatkan intensitas radiasiakan memperbanyak foto–elektron yang dihasilkan, ditandai oleh bertambahnya arus foto–elektron (I) yang terukur oleh ampermeter.
Gambar 3. Perangkat percobaan efek fotolistrik

Efek fotolistrik tidak dapat dipahami dengan fisika klasik, yang menjelaskan bahwa intensitas radiasi sebanding dengan energi gelombang (kuadrat amplitudo).Teori kuantisasi energi yang dikemukakan oleh Planck, kemudian diartikan lebih fisis oleh Einstein digunakan untuk menjelaskan hasil eksperimen dari gejala fotolistrik. Pada tahun 1905 Einstein mulai memperkenalkan teori kuantum cahaya. Menurut Einstein:

  1. Pancaran cahaya berfrekuensif berisi paket–paket gelombang atau paket–paket energi yang besarnya sama dengan hf yang dinamakan foton. Jumlah foton per satuan luas penampang per satuan waktu sebanding dengan intensitas cahaya, tetapi energi foton tidak bergantung pada intensitas cahaya. Sehingga semakin tinggi intensitas cahaya yang digunakan pada percobaan efek fotolistrik berdampak semakin banyak jumlah elektron yang terpancar ditandai dengan meningkatnya arus fotoelektron yang terukur pada ampermeter.
  2. Energi foton hanya bergantung pada frekuensi gelombang cahaya. Menurut postulat Planck, foton–foton yang sampai pada katoda akan diserap sebagai kuantum energi. Ketika elektron menyerap foton, maka elektron memperoleh sejumlah energi yang dibawa foton yaitu sebesar hf. Jika energi yang diterima elektron melebihi energi ikat oleh permukaan logam, sebagian digunakan elektron untuk melepaskan diri dari bahan dan sisanya digunakan untuk bergerak, menjadi energi kinetik elektron. Besarnya energi yang diperlukan oleh elektron untuk melepaskan diri dari logam (melawan energi ikatan logam) disebut fungsi kerja/energi ambang logam (Wo). Besar energi kinetik maksimum foto–elektron diformulasikan

Energi kinetik foto-elektron diukur dengan memasang sumber tegangan (beda potensial listrik) pada perangkat eksperimen fotolistrik dengan kutub negative (-) dihubungkan dengan elektroda positif (anoda). Pada saat telah terjadi efek fotolistrik, dengan mengatur besarnya tegangan listrik gerak elektron yang terpancar dari logam dapat dihentikan, ditandai dengan arus listrik yang terbaca oleh ampermeter menjadi nol. Tegangan listrik yang mampu menghentikan keluarnya elektron dari permukaan logam selanjutnya disebut beda potensial listrik penghenti/stopping voltage (Vo). Ketika foto-elektron terhenti berarti nilai energi kinetiknya sama dengan energi listrik yang dihasilkan oleh sumber tegangan, jadi

Makin tinggi nilai EKmaks makin tinggi besarnya tegangan penghenti Vo agar elektron tidak mengenai kutub elektrodanya (anoda). Nilai Vo ternyata tidak bergantung pada intensitas cahaya yang dikenakan pada permukaan logam, melainkan bergantung pada frekuensi dari cahaya yang digunakan. Makin tinggi frekuensi cahaya yang digunakan, makin besar nilai Vo. Ini menunjukkan bahwa peningkatan frekuensi cahaya berdampak pada meningkantnya energi kinetik foto elektron atau kecepatan geraknya, bukan pada jumlah foto elektron.