Comment se comparent les approches expérimentales de Stoletov et de Lenard dans l'étude de l'effet photoélectrique ?
19th century

In 1839, Alexandre Edmond Becquerel discovered the related photovoltaic effect while studying the effect of light on electrolytic cells. Though not equivalent to the photoelectric effect, his work on photovoltaics was instrumental in showing a strong relationship between light and electronic properties of materials. In 1873, Willoughby Smith discovered photoconductivity in selenium while testing the metal for its high resistance properties in conjunction with his work involving submarine telegraph cables.

Johann Elster (1854–1920) and Hans Geitel (1855–1923), students in Heidelberg, investigated the effects produced by light on electrified bodies and developed the first practical photoelectric cells that could be used to measure the intensity of light. They arranged metals with respect to their power of discharging negative electricity: rubidium, potassium, alloy of potassium and sodium, sodium, lithium, magnesium, thallium and zinc; for copper, platinum, lead, iron, cadmium, carbon, and mercury the effects with ordinary light were too small to be measurable. The order of the metals for this effect was the same as in Volta's series for contact-electricity, the most electropositive metals giving the largest photo-electric effect.

In 1887, Heinrich Hertz observed the photoelectric effect and reported on the production and reception of electromagnetic waves. The receiver in his apparatus consisted of a coil with a spark gap, where a spark would be seen upon detection of electromagnetic waves. He placed the apparatus in a darkened box to see the spark better. However, he noticed that the maximum spark length was reduced when inside the box. A glass panel placed between the source of electromagnetic waves and the receiver absorbed ultraviolet radiation that assisted the electrons in jumping across the gap. When removed, the spark length would increase. He observed no decrease in spark length when he replaced the glass with quartz, as quartz does not absorb UV radiation.

The discoveries by Hertz led to a series of investigations by Wilhelm Hallwachs, Hoor, Augusto Righi and Aleksander Stoletov on the effect of light, and especially of ultraviolet light, on charged bodies. Hallwachs connected a zinc plate to an electroscope. He allowed ultraviolet light to fall on a freshly cleaned zinc plate and observed that the zinc plate became uncharged if initially negatively charged, positively charged if initially uncharged, and more positively charged if initially positively charged. From these observations he concluded that some negatively charged particles were emitted by the zinc plate when exposed to ultraviolet light.

With regard to the Hertz effect, the researchers from the start showed the complexity of the phenomenon of photoelectric fatigue—the progressive diminution of the effect observed upon fresh metallic surfaces. According to Hallwachs, ozone played an important part in the phenomenon, and the emission was influenced by oxidation, humidity, and the degree of polishing of the surface. It was at the time unclear whether fatigue is absent in a vacuum.

In the period from 1888 until 1891, a detailed analysis of the photoeffect was performed by Aleksandr Stoletov with results reported in six publications. Stoletov invented a new experimental setup which was more suitable for a quantitative analysis of the photoeffect. He discovered a direct proportionality between the intensity of light and the induced photoelectric current (the first law of photoeffect or Stoletov's law). He measured the dependence of the intensity of the photo electric current on the gas pressure, where he found the existence of an optimal gas pressure corresponding to a maximum photocurrent; this property was used for the creation of solar cells.

Many substances besides metals discharge negative electricity under the action of ultraviolet light. G. C. Schmidt and O. Knoblauch compiled a list of these substances.

In 1897, J. J. Thomson investigated ultraviolet light in Crookes tubes. Thomson deduced that the ejected particles, which he called corpuscles, were of the same nature as cathode rays. These particles later became known as the electrons. Thomson enclosed a metal plate (a cathode) in a vacuum tube, and exposed it to high-frequency radiation. It was thought that the oscillating electromagnetic fields caused the atoms' field to resonate and, after reaching a certain amplitude, caused subatomic corpuscles to be emitted, and current to be detected. The amount of this current varied with the intensity and color of the radiation. Larger radiation intensity or frequency would produce more current.

During the years 1886–1902, Wilhelm Hallwachs and Philipp Lenard investigated the phenomenon of photoelectric emission in detail. Lenard observed that a current flows through an evacuated glass tube enclosing two electrodes when ultraviolet radiation falls on one of them. As soon as ultraviolet radiation is stopped, the current also stops. This initiated the concept of photoelectric emission. The discovery of the ionization of gases by ultraviolet light was made by Philipp Lenard in 1900. As the effect was produced across several centimeters of air and yielded a greater number of positive ions than negative, it was natural to interpret the phenomenon, as J. J. Thomson did, as a Hertz effect upon the particles present in the gas.
XXe siècle

En 1902, Lenard observa que l'énergie des électrons émis individuellement était indépendante de l'intensité de la lumière appliquée. Cela semblait contredire la théorie ondulatoire de la lumière de Maxwell, qui prédisait que l'énergie des électrons serait proportionnelle à l'intensité du rayonnement.

Lenard observa la variation de l'énergie des électrons en fonction de la fréquence de la lumière en utilisant une puissante lampe à arc électrique, ce qui lui permit d'étudier de larges variations d'intensité. Cependant, les résultats de Lenard étaient qualitatifs plutôt que quantitatifs en raison de la difficulté de réaliser les expériences : les expériences devaient être effectuées sur du métal fraîchement coupé afin d'observer le métal pur, mais il s'oxydait en quelques minutes, même dans les vides partiels qu'il utilisait. Le courant émis par la surface était déterminé par l'intensité, ou la luminosité, de la lumière : doubler l'intensité de la lumière doublait le nombre d'électrons émis de la surface.

Les premières investigations de l'effet photoélectrique dans les gaz par Lenard furent suivies par J. J. Thomson, puis de manière plus décisive par Frederic Palmer Jr. L'émission photoélectrique gazeuse fut étudiée et révéla des caractéristiques très différentes de celles qui lui étaient initialement attribuées par Lenard.

En 1900, tout en étudiant le rayonnement du corps noir, le physicien allemand Max Planck suggéra dans son article « Sur la loi de distribution de l'énergie dans le spectre normal » que l'énergie transportée par les ondes électromagnétiques ne pouvait être libérée que par paquets d'énergie. En 1905, Albert Einstein publia un article avançant l'hypothèse que l'énergie lumineuse est transportée dans des paquets quantifiés discrets afin d'expliquer les données expérimentales de l'effet photoélectrique. Einstein théorisa que l'énergie de chaque quantum de lumière était égale à la fréquence de la lumière multipliée par une constante, plus tard appelée constante de Planck. Un photon au-dessus d'une fréquence seuil possède l'énergie requise pour éjecter un seul électron, créant ainsi l'effet observé. Cela fut une étape dans le développement de la mécanique quantique. En 1914, les mesures très précises de Robert A. Millikan de la constante de Planck à partir de l'effet photoélectrique confirmèrent le modèle d'Einstein, bien qu'une théorie corpusculaire de la lumière lui ait semblé, à l'époque, « tout à fait inconcevable ». Einstein fut récompensé du prix Nobel de physique en 1921 « pour sa découverte de la loi de l'effet photoélectrique », et Millikan fut récompensé du prix Nobel en 1923 « pour ses travaux sur la charge élémentaire de l'électricité et sur l'effet photoélectrique ». En théorie des perturbations quantiques des atomes et des solides soumis à un rayonnement électromagnétique, l'effet photoélectrique est encore couramment analysé en termes d'ondes ; les deux approches sont équivalentes car l'absorption d'un photon ou d'une onde ne peut se produire qu'entre des niveaux d'énergie quantifiés dont la différence d'énergie est celle de l'énergie du photon.

La description mathématique par Albert Einstein de la façon dont l'effet photoélectrique était causé par l'absorption de quanta de lumière se trouvait dans l'un de ses articles de l'Annus Mirabilis, intitulé « Sur une vue heuristique de la production et de la transformation de la lumière ». L'article proposait une description simple des quanta d'énergie et montrait comment ils expliquaient le spectre du corps noir. Son explication en termes d'absorption de quanta de lumière discrets était conforme aux résultats expérimentaux. Elle expliquait pourquoi l'énergie des photoélectrons n'était pas dépendante de l'intensité de la lumière incidente. Il s'agissait d'un bond théorique, mais ce concept a été fortement contesté au début car il contredisait la théorie ondulatoire de la lumière qui découlait naturellement des équations de l'électromagnétisme de James Clerk Maxwell, et plus généralement, l'hypothèse de la divisibilité infinie de l'énergie dans les systèmes physiques.

Le travail d'Einstein prédisait que l'énergie des électrons éjectés individuellement augmentait linéairement avec la fréquence de la lumière. La relation précise n'avait pas été testée à cette époque. En 1905, il était connu que l'énergie des photoélectrons augmentait avec l'augmentation de la fréquence de la lumière incidente et était indépendante de l'intensité de la lumière. Cependant, la manière dont l'augmentation se produisait n'a été déterminée expérimentalement qu'en 1914 lorsque Millikan a montré que la prédiction d'Einstein était correcte.

L'effet photoélectrique a contribué à propulser le concept émergent de dualité onde-particule dans la nature de la lumière. La lumière possède simultanément les caractéristiques à la fois des ondes et des particules, chacune se manifestant selon les circonstances. L'effet était impossible à comprendre en termes de description ondulatoire classique de la lumière, car l'énergie des électrons émis ne dépendait pas de l'intensité du rayonnement incident. La théorie classique prédisait que les électrons « accumuleraient » de l'énergie sur une période de temps, puis seraient émis.
### Query ###
Comment se comparent les approches expérimentales de Stoletov et de Lenard dans l'étude de l'effet photoélectrique ?

### Main Text ###
19th century

In 1839, Alexandre Edmond Becquerel discovered the related photovoltaic effect while studying the effect of light on electrolytic cells. Though not equivalent to the photoelectric effect, his work on photovoltaics was instrumental in showing a strong relationship between light and electronic properties of materials. In 1873, Willoughby Smith discovered photoconductivity in selenium while testing the metal for its high resistance properties in conjunction with his work involving submarine telegraph cables.

Johann Elster (1854–1920) and Hans Geitel (1855–1923), students in Heidelberg, investigated the effects produced by light on electrified bodies and developed the first practical photoelectric cells that could be used to measure the intensity of light. They arranged metals with respect to their power of discharging negative electricity: rubidium, potassium, alloy of potassium and sodium, sodium, lithium, magnesium, thallium and zinc; for copper, platinum, lead, iron, cadmium, carbon, and mercury the effects with ordinary light were too small to be measurable. The order of the metals for this effect was the same as in Volta's series for contact-electricity, the most electropositive metals giving the largest photo-electric effect.

In 1887, Heinrich Hertz observed the photoelectric effect and reported on the production and reception of electromagnetic waves. The receiver in his apparatus consisted of a coil with a spark gap, where a spark would be seen upon detection of electromagnetic waves. He placed the apparatus in a darkened box to see the spark better. However, he noticed that the maximum spark length was reduced when inside the box. A glass panel placed between the source of electromagnetic waves and the receiver absorbed ultraviolet radiation that assisted the electrons in jumping across the gap. When removed, the spark length would increase. He observed no decrease in spark length when he replaced the glass with quartz, as quartz does not absorb UV radiation.

The discoveries by Hertz led to a series of investigations by Wilhelm Hallwachs, Hoor, Augusto Righi and Aleksander Stoletov on the effect of light, and especially of ultraviolet light, on charged bodies. Hallwachs connected a zinc plate to an electroscope. He allowed ultraviolet light to fall on a freshly cleaned zinc plate and observed that the zinc plate became uncharged if initially negatively charged, positively charged if initially uncharged, and more positively charged if initially positively charged. From these observations he concluded that some negatively charged particles were emitted by the zinc plate when exposed to ultraviolet light.

With regard to the Hertz effect, the researchers from the start showed the complexity of the phenomenon of photoelectric fatigue—the progressive diminution of the effect observed upon fresh metallic surfaces. According to Hallwachs, ozone played an important part in the phenomenon, and the emission was influenced by oxidation, humidity, and the degree of polishing of the surface. It was at the time unclear whether fatigue is absent in a vacuum.

In the period from 1888 until 1891, a detailed analysis of the photoeffect was performed by Aleksandr Stoletov with results reported in six publications. Stoletov invented a new experimental setup which was more suitable for a quantitative analysis of the photoeffect. He discovered a direct proportionality between the intensity of light and the induced photoelectric current (the first law of photoeffect or Stoletov's law). He measured the dependence of the intensity of the photo electric current on the gas pressure, where he found the existence of an optimal gas pressure corresponding to a maximum photocurrent; this property was used for the creation of solar cells.

Many substances besides metals discharge negative electricity under the action of ultraviolet light. G. C. Schmidt and O. Knoblauch compiled a list of these substances.

In 1897, J. J. Thomson investigated ultraviolet light in Crookes tubes. Thomson deduced that the ejected particles, which he called corpuscles, were of the same nature as cathode rays. These particles later became known as the electrons. Thomson enclosed a metal plate (a cathode) in a vacuum tube, and exposed it to high-frequency radiation. It was thought that the oscillating electromagnetic fields caused the atoms' field to resonate and, after reaching a certain amplitude, caused subatomic corpuscles to be emitted, and current to be detected. The amount of this current varied with the intensity and color of the radiation. Larger radiation intensity or frequency would produce more current.

During the years 1886–1902, Wilhelm Hallwachs and Philipp Lenard investigated the phenomenon of photoelectric emission in detail. Lenard observed that a current flows through an evacuated glass tube enclosing two electrodes when ultraviolet radiation falls on one of them. As soon as ultraviolet radiation is stopped, the current also stops. This initiated the concept of photoelectric emission. The discovery of the ionization of gases by ultraviolet light was made by Philipp Lenard in 1900. As the effect was produced across several centimeters of air and yielded a greater number of positive ions than negative, it was natural to interpret the phenomenon, as J. J. Thomson did, as a Hertz effect upon the particles present in the gas.

### Supplementary Text ###
XXe siècle

En 1902, Lenard observa que l'énergie des électrons émis individuellement était indépendante de l'intensité de la lumière appliquée. Cela semblait contredire la théorie ondulatoire de la lumière de Maxwell, qui prédisait que l'énergie des électrons serait proportionnelle à l'intensité du rayonnement.

Lenard observa la variation de l'énergie des électrons en fonction de la fréquence de la lumière en utilisant une puissante lampe à arc électrique, ce qui lui permit d'étudier de larges variations d'intensité. Cependant, les résultats de Lenard étaient qualitatifs plutôt que quantitatifs en raison de la difficulté de réaliser les expériences : les expériences devaient être effectuées sur du métal fraîchement coupé afin d'observer le métal pur, mais il s'oxydait en quelques minutes, même dans les vides partiels qu'il utilisait. Le courant émis par la surface était déterminé par l'intensité, ou la luminosité, de la lumière : doubler l'intensité de la lumière doublait le nombre d'électrons émis de la surface.

Les premières investigations de l'effet photoélectrique dans les gaz par Lenard furent suivies par J. J. Thomson, puis de manière plus décisive par Frederic Palmer Jr. L'émission photoélectrique gazeuse fut étudiée et révéla des caractéristiques très différentes de celles qui lui étaient initialement attribuées par Lenard.

En 1900, tout en étudiant le rayonnement du corps noir, le physicien allemand Max Planck suggéra dans son article « Sur la loi de distribution de l'énergie dans le spectre normal » que l'énergie transportée par les ondes électromagnétiques ne pouvait être libérée que par paquets d'énergie. En 1905, Albert Einstein publia un article avançant l'hypothèse que l'énergie lumineuse est transportée dans des paquets quantifiés discrets afin d'expliquer les données expérimentales de l'effet photoélectrique. Einstein théorisa que l'énergie de chaque quantum de lumière était égale à la fréquence de la lumière multipliée par une constante, plus tard appelée constante de Planck. Un photon au-dessus d'une fréquence seuil possède l'énergie requise pour éjecter un seul électron, créant ainsi l'effet observé. Cela fut une étape dans le développement de la mécanique quantique. En 1914, les mesures très précises de Robert A. Millikan de la constante de Planck à partir de l'effet photoélectrique confirmèrent le modèle d'Einstein, bien qu'une théorie corpusculaire de la lumière lui ait semblé, à l'époque, « tout à fait inconcevable ». Einstein fut récompensé du prix Nobel de physique en 1921 « pour sa découverte de la loi de l'effet photoélectrique », et Millikan fut récompensé du prix Nobel en 1923 « pour ses travaux sur la charge élémentaire de l'électricité et sur l'effet photoélectrique ». En théorie des perturbations quantiques des atomes et des solides soumis à un rayonnement électromagnétique, l'effet photoélectrique est encore couramment analysé en termes d'ondes ; les deux approches sont équivalentes car l'absorption d'un photon ou d'une onde ne peut se produire qu'entre des niveaux d'énergie quantifiés dont la différence d'énergie est celle de l'énergie du photon.

La description mathématique par Albert Einstein de la façon dont l'effet photoélectrique était causé par l'absorption de quanta de lumière se trouvait dans l'un de ses articles de l'Annus Mirabilis, intitulé « Sur une vue heuristique de la production et de la transformation de la lumière ». L'article proposait une description simple des quanta d'énergie et montrait comment ils expliquaient le spectre du corps noir. Son explication en termes d'absorption de quanta de lumière discrets était conforme aux résultats expérimentaux. Elle expliquait pourquoi l'énergie des photoélectrons n'était pas dépendante de l'intensité de la lumière incidente. Il s'agissait d'un bond théorique, mais ce concept a été fortement contesté au début car il contredisait la théorie ondulatoire de la lumière qui découlait naturellement des équations de l'électromagnétisme de James Clerk Maxwell, et plus généralement, l'hypothèse de la divisibilité infinie de l'énergie dans les systèmes physiques.

Le travail d'Einstein prédisait que l'énergie des électrons éjectés individuellement augmentait linéairement avec la fréquence de la lumière. La relation précise n'avait pas été testée à cette époque. En 1905, il était connu que l'énergie des photoélectrons augmentait avec l'augmentation de la fréquence de la lumière incidente et était indépendante de l'intensité de la lumière. Cependant, la manière dont l'augmentation se produisait n'a été déterminée expérimentalement qu'en 1914 lorsque Millikan a montré que la prédiction d'Einstein était correcte.

L'effet photoélectrique a contribué à propulser le concept émergent de dualité onde-particule dans la nature de la lumière. La lumière possède simultanément les caractéristiques à la fois des ondes et des particules, chacune se manifestant selon les circonstances. L'effet était impossible à comprendre en termes de description ondulatoire classique de la lumière, car l'énergie des électrons émis ne dépendait pas de l'intensité du rayonnement incident. La théorie classique prédisait que les électrons « accumuleraient » de l'énergie sur une période de temps, puis seraient émis.

### Draft ###

**Query parsing:** "Comment se comparent les approches expérimentales de Stoletov et de Lenard..."

Translation: "How do Stoletov and Lenard's experimental approaches compare in photoelectric effect study?"

→ Direct methodological comparison. Two Russian physicists, early 1900s photoelectric research.

**Context retrieval:** Photoelectric effect discovery timeline:
- Hertz (1887): basic phenomenon
- Hallwachs/Lenard (1888-1891): early investigations  
- Stoletov (1888-1891): parallel work

? Key question: Which approach more rigorous experimentally?

**Stoletov's methodology:** ● High confidence
- Invented quantitative apparatus
- Discovered intensity ∝ photocurrent (first law)
- Pressure dependence studies → optimal pressure for max photocurrent
- Vacuum experiments confirming fatigue absence

**Lenard's approach:** ◐ Partial data
- Focused on electron energy independence of light intensity
- Frequency-energy relationship studies
- Ozone/oxidation effects analysis
- Qualitative rather than quantitative

**Critical comparison:**

Stoletov: **Quantitative rigor**
- Precise measurements
- Mathematical relationships (linear intensity law)
- Controlled experimental parameters
- Vacuum work eliminated confounding variables

Lenard: **Qualitative observations**  
- Energy-frequency dependence only
- Technical limitations (fresh metal preparation)
- Oxidization effects emphasis
- Less systematic methodology

**Historical impact:** Stoletov's quantitative approach → more predictive power. Lenard's qualitative work → important for understanding material surface effects, but less fundamental for photoelectric mechanism itself.

∴ **Conclusion:** Stoletov's experimental methodology superior in precision and theoretical implications. Lenard's contributions valuable for surface physics understanding, but less fundamental for photoelectric theory development.

**Verification:** ✓ Timeline consistent, ✓ Both worked 1888-1891, ✓ Stoletov more quantitative approach documented, ✓ Lenard limitations acknowledged.

### Answer###
Les approches expérimentales de Stoletov et Lenard dans l'étude de l'effet photoélectrique présentent des différences notables en termes de méthodologie et de précision des observations.

Stoletov a mené une analyse détaillée de l'effet photoélectrique entre 1888 et 1891, publiant ses résultats dans six articles. Il a inventé un nouveau dispositif expérimental particulièrement adapté à l'analyse quantitative du phénomène. Sa contribution majeure a été la découverte d'une proportionnalité directe entre l'intensité de la lumière et le courant photoélectrique induit (ce qu'on appelle aujourd'hui la première loi de photoélectricité). Il a également mesuré la dépendance de l'intensité du courant photoélectrique en fonction de la pression du gaz, observant l'existence d'une pression optimale correspondant à un courant photographique maximal, propriété utilisée pour la création de cellules solaires. Stoletov a également démontré que l'effet photoélectrique persiste sous vide, contrairement aux observations précédentes.

Lenard, quant à lui, a principalement étudié l'énergie des électrons émis individuellement et leur indépendance de l'intensité de la lumière appliquée. Il a observé que le courant mesuré était proportionnel à l'intensité de la lumière : doubler l'intensité doublait le nombre d'électrons émis. Cependant, ses résultats étaient qualitatifs plutôt que quantitatifs en raison de difficultés expérimentales considérables, notamment la nécessité de travailler sur des métaux fraîchement coupés pour observer le métal pur, qui s'oxydaient en quelques minutes, même sous vide partiel. Il a également investigué l'influence des oxydations et de l'humidité sur les effets photoélectriques.

La méthodologie de Stoletov s'est révélée plus rigoureuse et quantitative, lui permettant d'établir des lois fondamentales du phénomène, tandis que l'approche de Lenard, bien que qualitativement importante, était limitée par les contraintes techniques de l'époque.