Parallel edition

On a Heuristic Point of View Concerning the Generation and Transformation of Light

By A. Einstein · Annalen der Physik (4) 17, 132–148 (1905).

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by A. Einstein

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[p. 145]§ 8. Über die Erzeugung von Kathodenstrahlen durch Belichtung fester Körper.

English

§ 8. On the production of cathode rays by the illumination of solid bodies.

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[p. 145]Die übliche Auffassung, daß die Energie des Lichtes kontinuierlich über den durchstrahlten Raum verteilt sei, findet bei dem Versuch, die lichtelektrischen Erscheinungen zu erklären, besonders große Schwierigkeiten, welche in einer bahnbrechenden Arbeit von Hrn. Lenard dargelegt sind.^[1)]

English

The usual conception, that the energy of light is distributed continuously over the space through which it passes, meets with especially great difficulties in the attempt to explain the photoelectric phenomena, difficulties which have been set out in a path-breaking paper by Mr. Lenard.^[1)]

Deutsch

[pp. 145–146]Nach der Auffassung, daß das erregende Licht aus Energiequanten von der Energie $(R/N) \beta \nu$ bestehe, läßt sich die Erzeugung von Kathodenstrahlen durch Licht folgendermaßen auffassen. In die oberflächliche Schicht des Körpers dringen Energiequanten ein, und deren Energie verwandelt sich wenigstens zum Teil in kinetische Energie von Elektronen. Die einfachste Vorstellung ist die, daß ein Lichtquant seine ganze Energie an ein einziges Elektron abgibt; wir wollen annehmen, daß dies vorkomme. Es soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, daß Elektronen die Energie von Lichtquanten nur teilweise aufnehmen. Ein im Innern des Körpers mit kinetischer Energie versehenes Elektron wird, wenn es die Oberfläche erreicht hat, einen Teil seiner kinetischen Energie eingebüßt haben. Außerdem wird anzunehmen sein, daß jedes Elektron beim Verlassen des Körpers eine (für den Körper charakteristische) Arbeit $P$ zu leisten hat, wenn es den Körper verläßt. Mit der größten Normalgeschwindigkeit werden die unmittelbar an der Oberfläche normal zu dieser erregten Elektronen den Körper verlassen. Die kinetische Energie solcher Elektronen ist $\frac{R}{N} \beta \nu - P .$ Gas constantAvogadro's numberSpectral constant BFrequency of the lightEscape workExplain this equation

English

On the conception that the exciting light consists of energy quanta of energy $(R/N) \beta \nu$ , the production of cathode rays by light can be conceived as follows. Energy quanta penetrate into the surface layer of the body, and their energy is transformed, at least in part, into kinetic energy of electrons. The simplest picture is that a light quantum gives up its entire energy to a single electron; we shall assume that this occurs. It is not to be excluded, however, that electrons take up the energy of light quanta only in part. An electron provided with kinetic energy in the interior of the body will have lost part of its kinetic energy by the time it has reached the surface. Furthermore, it is to be assumed that in leaving the body each electron has to perform an amount of work $P$ (characteristic of the body) when it leaves the body. The electrons excited directly at the surface and normal to it will leave the body with the greatest normal velocity. The kinetic energy of such electrons is $\frac{R}{N} \beta \nu - P .$ Gas constantAvogadro's numberSpectral constant BFrequency of the lightEscape workExplain this equation

Deutsch

[p. 146]Ist der Körper zum positiven Potential $\Pi$ geladen und von Leitern vom Potential Null umgeben und ist $\Pi$ eben imstande, einen Elektrizitätsverlust des Körpers zu verhindern, so muß sein: $\Pi \varepsilon = \frac{R}{N} \beta \nu - P ,$ Stopping potentialCharge of one electronGas constantAvogadro's numberSpectral constant BFrequency of the lightEscape workExplain this equation wobei $\varepsilon$ die elektrische Masse des Elektrons bedeutet, oder $\Pi E = R \beta \nu - P' ,$ Stopping potentialGram-equivalent chargeGas constantSpectral constant BFrequency of the lightWork function per gram-equivalentExplain this equation wobei $E$ die Ladung eines Grammäquivalentes eines einwertigen Ions und $P'$ das Potential dieser Menge negativer Elektrizität in bezug auf den Körper bedeutet.^[1)]

English

If the body is charged to the positive potential $\Pi$ and surrounded by conductors at zero potential, and if $\Pi$ is just able to prevent a loss of electricity from the body, then we must have: $\Pi \varepsilon = \frac{R}{N} \beta \nu - P ,$ Stopping potentialCharge of one electronGas constantAvogadro's numberSpectral constant BFrequency of the lightEscape workExplain this equation where $\varepsilon$ denotes the electric mass of the electron, or $\Pi E = R \beta \nu - P' ,$ Stopping potentialGram-equivalent chargeGas constantSpectral constant BFrequency of the lightWork function per gram-equivalentExplain this equation where $E$ denotes the charge of one gram-equivalent of a univalent ion and $P'$ the potential of this quantity of negative electricity with respect to the body.^[1)]

Deutsch

[p. 146]Setzt man $E = 9{,}6 \cdot 10^3$ , so ist $\Pi \cdot 10^{-8}$ das Potential in Volts, welches der Körper bei Bestrahlung im Vakuum annimmt.

English

If one sets $E = 9{,}6 \cdot 10^3$ , then $\Pi \cdot 10^{-8}$ is the potential in volts that the body assumes when irradiated in vacuum.

Deutsch

[p. 146]Um zunächst zu sehen, ob die abgeleitete Beziehung der Größenordnung nach mit der Erfahrung übereinstimmt, setzen wir $P' = 0$ , $\nu = 1{,}03 \cdot 10^{15}$ (entsprechend der Grenze des Sonnenspektrums nach dem Ultraviolett hin) und $\beta = 4{,}866 \cdot 10^{-11}$ . Wir erhalten $\Pi \cdot 10^7 = 4{,}3$ Volt, welches Resultat der Größenordnung nach mit den Resultaten von Hrn. Lenard übereinstimmt.^[2)]

English

In order to see first whether the relation derived agrees with experience as to order of magnitude, we set $P' = 0$ , $\nu = 1{,}03 \cdot 10^{15}$ (corresponding to the limit of the solar spectrum toward the ultraviolet) and $\beta = 4{,}866 \cdot 10^{-11}$ . We obtain $\Pi \cdot 10^7 = 4{,}3$ volts, a result that agrees in order of magnitude with Mr. Lenard’s results.^[2)]

Deutsch

[p. 146]Ist die abgeleitete Formel richtig, so muß $\Pi$ , als Funktion der Frequenz des erregenden Lichtes in kartesischen Koordinaten dargestellt, eine Gerade sein, deren Neigung von der Natur der untersuchten Substanz unabhängig ist.

English

If the formula derived is correct, then $\Pi$ , represented in Cartesian coordinates as a function of the frequency of the exciting light, must be a straight line whose slope is independent of the nature of the substance investigated.

Deutsch

[p. 147]Mit den von Hrn. Lenard beobachteten Eigenschaften der lichtelektrischen Wirkung steht unsere Auffassung, soweit ich sehe, nicht im Widerspruch. Wenn jedes Energiequant des erregenden Lichtes unabhängig von allen übrigen seine Energie an Elektronen abgibt, so wird die Geschwindigkeitsverteilung der Elektronen, d. h. die Qualität der erzeugten Kathodenstrahlung von der Intensität des erregenden Lichtes unabhängig sein; andererseits wird die Anzahl der den Körper verlassenden Elektronen der Intensität des erregenden Lichtes unter sonst gleichen Umständen proportional sein.^[1)]

English

So far as I can see, our conception does not stand in contradiction to the properties of the photoelectric effect observed by Mr. Lenard. If each energy quantum of the exciting light gives up its energy to electrons independently of all the others, then the velocity distribution of the electrons, i.e., the quality of the cathode radiation produced, will be independent of the intensity of the exciting light; on the other hand, the number of electrons leaving the body will, other circumstances being equal, be proportional to the intensity of the exciting light.^[1)]

Deutsch

[p. 147]Über die mutmaßlichen Gültigkeitsgrenzen der erwähnten Gesetzmäßigkeiten wären ähnliche Bemerkungen zu machen wie bezüglich der mutmaßlichen Abweichungen von der Stokesschen Regel.

English

About the presumable limits of validity of the regularities mentioned, remarks would have to be made similar to those about the presumable deviations from Stokes’s rule.

\Pi E + P' \leqq R \beta \nu .

Stopping potentialGram-equivalent chargeWork function per gram-equivalentGas constantSpectral constant BFrequency of the lightExplain this equation

Deutsch

[p. 147]Im vorstehenden ist angenommen, daß die Energie wenigstens eines Teiles der Energiequanten des erzeugenden Lichtes je an ein einziges Elektron vollständig abgegeben werde. Macht man diese naheliegende Voraussetzung nicht, so erhält man statt obiger Gleichung die folgende: $\Pi E + P' \leqq R \beta \nu .$ Stopping potentialGram-equivalent chargeWork function per gram-equivalentGas constantSpectral constant BFrequency of the lightExplain this equation

English

In the foregoing it has been assumed that the energy of at least some of the energy quanta of the generating light is given up completely, each to a single electron. If one does not make this natural assumption, one obtains, instead of the above equation, the following:

\Pi E + P' \geqq R \beta \nu .

Stopping potentialGram-equivalent chargeWork function per gram-equivalentGas constantSpectral constant BFrequency of the lightExplain this equation

Deutsch

[p. 147]Für die Kathodenlumineszenz, welche den inversen Vorgang zu dem eben betrachteten bildet, erhält man durch eine der durchgeführten analoge Betrachtung: $\Pi E + P' \geqq R \beta \nu .$ Stopping potentialGram-equivalent chargeWork function per gram-equivalentGas constantSpectral constant BFrequency of the lightExplain this equation Bei den von Hrn. Lenard untersuchten Substanzen ist $P E$ stets bedeutend größer als $R \beta \nu$ , da die Spannung, welche die Kathodenstrahlen durchlaufen haben müssen, um eben sichtbares Licht erzeugen zu können, in einigen Fällen einige Hundert, in anderen Tausende von Volts beträgt.^[2)] Es ist also anzunehmen, daß die kinetische Energie eines Elektrons zur Erzeugung vieler Lichtenergiequanten verwendet wird.

English

For cathode luminescence, which constitutes the inverse process to the one just considered, one obtains by a consideration analogous to the one carried out:

For the substances investigated by Mr. Lenard, $P E$ is always considerably greater than $R \beta \nu$ , since the voltage that the cathode rays must have traversed in order to be able to produce just visible light amounts in some cases to a few hundred, in others to thousands of volts.^[2)] It is therefore to be assumed that the kinetic energy of one electron is used for the production of many light energy quanta.

Deutsch

[p. 148]

Bern, den 17. März 1905.

English

Bern, 17 March 1905.

Deutsch

[p. 148]

(Eingegangen 18. März 1905.)

English

(Received 18 March 1905.)

Fußnoten

Deutsch

1) P. Lenard, Ann. d. Phys. 8. p. 169 u. 170. 1902. ↩

English

Deutsch

1) Nimmt man an, daß das einzelne Elektron durch das Licht aus einem neutralen Molekül unter Aufwand einer gewissen Arbeit losgelöst werden muß, so hat man an der abgeleiteten Beziehung nichts zu ändern; nur ist dann $P'$ als Summe von zwei Summanden aufzufassen. ↩

English

Deutsch

2) P. Lenard, Ann. d. Phys. 8. p. 165 u. 184. Taf. I, Fig. 2. 1902. ↩

English

Deutsch

1) P. Lenard, l. c. p. 150 und p. 166—168. ↩

English

Deutsch

2) P. Lenard, Ann. d. Phys. 12. p. 469. 1903. ↩

English

[p. 145]§ 8. Über die Erzeugung von Kathodenstrahlen durch Belichtung fester Körper.

§ 8. On the production of cathode rays by the illumination of solid bodies.Show the German source

Fußnoten

§ 8. On the production of cathode rays by the illumination of solid bodies.