У Столетова, питавшего страсть к физике в общем и к электричеству в частности, вызвали большой интерес знаменитые исследования физика Герца, проведенные в 1887 году. В ходе опытов по получению электромагнитных волн и изучению их свойств было открыто явление, названное фотоэффектом.

Герц обнаружил, что освещение ультрафиолетовым светом электродов, расположенных близко друг к другу на разрыве проводника и находящихся под напряжением, облегчает проскакивание между ними искры. В итоге между электродами возникает разряд на таком расстоянии, при котором при отсутствии облучения его не может быть вовсе.

Столетов серьезно взялся за изучение этого явления. И уже очень скоро опубликовал результаты в фундаментальном труде «Актиноэлектрические исследования» — именно так в то время ученый называл фотоэффект, принесший ему мировую известность. К слову сказать, Столетов сумел возбудить интерес к физической науке, а все его работы отличались изяществом идей и простотой выполнения. Обширная эрудиция ученого и красота изложения материала способствовали продвижению его идей.

Проведя серию оригинальных экспериментов, физик открыл первый закон фотоэффекта, согласно которому сила фототока прямо пропорциональна интенсивности поглощенного катодом света. В результате опытов Александром Столетовым был создан своеобразный «электрический глаз» — прообраз современных фотоэлементов, которые сегодня широко применяются в телевидении и разных областях науки и техники, необязательно связанных с медиа. Таким образом, исследования ученого положили начало новой отрасли современной физики — фотометрии. В рукописях Столетова сохранилась схема установки, на которой он проводил эксперименты. Основная часть этого механизма представляет собой два электрода: один из них выполнен в виде сетки, другой —в виде плоской металлической пластины.

В цепь физик подключил гальванометр, регистрировавший наличие тока. Облучая катод светом волн различной длины, он пришел к выводу, что наиболее эффективное действие оказывают именно ультрафиолетовые лучи. Дополнительно ученый установил, что сила тока, которая возникает под действием света, напрямую зависит от его интенсивности. Далее, поместив прибор в стеклянный цилиндр, из которого можно было откачивать воздух, Столетов обнаружил, что при уменьшении давления в цилиндре фототок возрастает, достигает максимума, а затем убывает.

На основании проведенных опытов ученый сделал еще ряд других важных выводов. Например, для того чтобы фотоэффект стал возможен, материал катода должен поглощать свет. При этом каждый элемент поверхности катода участвует в явлении и не зависит от других. Столетов, в отличие от предыдущих исследователей, использовал малую разность потенциалов между электродами, что тоже важно. Результатом его труда стал закон, описывающий открытое Герцем явление. В честь российского ученого названа постоянная величина, которая была установлена в ходе этого закона, — константа Столетова. Обобщив полученные результаты, ученый установил некоторые закономерности фотоэффекта, среди которых тот факт, что явление не возникает, если частота света меньше некоторой характерной для каждого металла величины, названной красной границей. В дальнейшем опыты Столетова позволили вывести еще два закона фотоэффекта.

При этом не все выводы можно было объяснить в то время с позиций классической физики. Однако именно на основе данных законов была создана квантовая теория света, которая впоследствии была развита Эйнштейном.

Научные достижения Столетова позволили показать возможность непосредственного превращения световой энергии в энергию электрического тока, а его электрическая схема дала начало соответствующим схемам, применяемым сегодня. На основе разработок талантливого ученого впоследствии были открыты новые законы, например теория электрических разрядов в газах английского физика Джозефа Таунсенда.Четыре месяца, четыре коротких месяца провел Столетов в Гейдельберге, но насколько были богаты они событиями, исполнены вдохновенного творчества! В Гейдельберге Столетов успел задумать еще одну научную работу. Незадолго перед тем была создана электромагнитная теория, предсказывавшая, что электрические процессы могут проявляться в виде особых электромагнитных волн. Электромагнитная теория долгое время была не признана. Только немногие ученые, в том числе и Столетов, сразу же поняли огромное значение новой теории. Теория эта говорила, что и свет есть электромагнитное явление. Проверить это, доказать справедливость теории было заманчивой задачей. Прямой путь был недоступен. Электромагнитные волны, которые предсказывала теория, еще не были обнаружены на опыте. Но можно было пойти косвенным путем. В уравнения этой теории входит некая величина, представляющая собой коэфициент пропорциональности между двумя системами измерения электрических и магнитных величин — системами электромагнитной и электростатической. Этот коэфициент — число именованное, это некоторая скорость. Электромагнитная теория говорила, что он должен иметь величину, равную скорости света в пустоте — 300 000 километрам в секунду. Если бы удалось доказать это, то тем самым можно было бы получить сильное подтверждение в пользу гипотезы о единстве света и электромагнитных процессов. Поставить опыт по определению этого коэфициента — опыт, имеющий глубоко принципиальное значение, и задумал Столетов. Уезжая на родину, молодой ученый заказал гейдельбергским механикам некоторые детали для будущей своей установки, план которой уже сложился у него. В ноябре 1872 года Столетов возвратился в Москву. Огромную научную победу одержал русский ученый. Его работа помогла пролить свет на те процессы, которые происходят внутри намагничивающегося железа. Велико было ее и практическое значение. «Изучение функции намагничения железа, — писал сам Столетов, — может иметь практическую важность при устройстве и употреблении как электромагнитных двигателей, так и тех магнитэлектрических машин нового рода, в которых временное намагничение железа играет главную роль. Знание свойств железа относительно временного намагничения также необходимо здесь, как необходимо знакомство со свойствами пара для теории паровых машин. Только при таком знании мы получим возможность обсудить априори наивыгоднейшую конструкцию подобного снаряда и наперед рассчитать его полезное действие». Известие об опытах Столетова сразу же разнеслось по всему миру. Вооружась его методами, инженеры начали исследовать магнитные свойства различных сортов железа и стали. В электротехнических справочниках появились таблицы и графики, дающие драгоценные для строителей электрических машин сведения о магнитных материалах. Во-время пришел Столетов на помощь электротехникам! В 1873 году Лодыгин создал лампу накаливания. А еще через три года, в 1876 году, во всем мире прогремело имя товарища Столетова по Обществу любителей естествознания, антропологии и этнографии, отставного поручика Павла Николаевича Яблочкова. Изобретатель создал свою знаменитую электрическую «свечу», быстро завоевавшую мировое признание. Работа Столетова помогла пионерам электрического освещения. Когда созданные ими светильники предъявили счет на широкое производство электроэнергии, в руках конструкторов динамомашин уже были методы Столетова, которые помогли создать мощные и экономичные электрические генераторы.