Внешним фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом) называется явление, при котором под действием излучения из твердых или жидких веществ вырываются электроны, при этом само вещество заряжается положительно.
Зависимость фототока от напряжения между электродами, полученная с помощью установки для наблюдения фотоэффекта, показана на рисунке 1. Вольт-амперной характеристикой (ВАХ) называется кривая зависимости фототока I от напряжения между электродами U.
Рис. 1. Вольт-амперная характеристика фототока
Пологий вид зависимости I (U) показывает, что электроны вылетают из катода с различными скоростями (соответственно, и с различными кинетическими энергиями). Из графика видно, что при некотором напряжении фототок достигает насыщения. Ток насыщения I н – фототок, при котором все электроны, испущенные катодом попадают на анод. В точке пересечения ВАХ с осью U = 0 фототок не равен нулю. Это означает, что некоторая часть электронов обладает энергией, достаточной для того, чтобы долететь до анода. Для прекращения фототока между электродами нужно приложить задерживающее напряжение. Потенциал запирания или задерживающее напряжение – напряжение, при котором фототок равен нулю. При задерживающем напряжении даже наиболее быстрые фотоэлектроны не могут достичь анода, и анодный ток прекращается. Максимальная кинетическая энергия Ekmax фотоэлектронов связана с задерживающим потенциалом U з соотношением:
(1)
, (2)
где e – заряд электрона, Кл; m – масса электрона, кг; 
– максимальная скорость фотоэлектронов, м/с. Таким образом, зная задерживающее напряжение, можно определить максимальную скорость фотоэлектронов:
(3)
В 1905 г. А. Эйнштейн объяснил все закономерности фотоэффекта, предположив, что свет поглощается такими же порциями h ν (квантами), какими он испускается. Столкновение фотонов с электронами приводит к выбиванию электронов из фотокатода. Энергетический баланс этого взаимодействия устанавливается уравнением Эйнштейна:
, (4)
где h – постоянная Планка, Дж⋅с; ν – частота света, Гц; A – работа выхода, Дж. Работой выхода называется наименьшая энергия, которую необходимо сообщить электрону для того, чтобы удалить его из твердого или жидкого тела в вакуум.
Согласно уравнению Эйнштейна, энергия кванта света h ν расходуется на работу выхода A и сообщению ему кинетической энергии Ekmax. Таким образом, для существования явления фотоэффекта энергия падающих квантов должна быть больше работы A по вырыванию электрона из вещества
h ν ≥ A. (5)
Минимальная частота, при которой фотоэффект еще возможен (т.е. энергии фотона хватает на то, чтобы вырвать электрон из металла), называется красной границей фотоэффекта. Эта частота связана с работой выхода следующим соотношением:
. (6)
Исследование явления фотоэффекта позволило более точно рассчитать значение постоянной Планка, которое ранее было определено экспериментально. Согласно методике вычисления постоянной Планка расчетная формула должна содержать величины, которые непосредственно можно измерить в ходе эксперимента. Для этого уравнение Эйнштейна (4) с помощью формулы (2) записывается в виде
(7)
или
(8)
Из уравнения (8) видно, что величина задерживающего потенциала линейно зависит от частоты света. График зависимости U з (ν) задерживающего напряжения от частоты падающего света представлен на рисунке 2. График пересекает горизонтальную ось в точке ν = νкр.
Рис. 2. Зависимость модуля задерживающего напряжения от частоты падающего света
Из уравнения (8) можно получить уравнение для постоянной Планка:
, (9)
где α – угол наклона прямой U з(ν) к оси частот.
Таким образом, в расчетную формулу для определения постоянной Планка не входит работа выхода A, что существенно упрощает проведение эксперимента. Тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс можно определить по графику как отношение соответствующих катетов.