Do skleněné trubice zatavíme dvě elektrody – kladnou anodu a zápornou katodu, které připojíme k napětí řádově 100 V. Při normálním atmosférickém tlaku, tj. asi 100 000 Pa, nevznikne žádný výboj, protože vzduch je velmi dobrý izolant. Při postupném snížení tlaku až na 0,1 Pa se Crookesův tmavý prostor rozšíří po celé trubici, barvy vyblednou, je slyšet praskot a sykot. V letech 1858 – 1859 prováděl pokusy s výboji v plynech při takto sníženém tlaku Julius Plücker. Zjistil, že při větším snížení tlaku začínají světélkovat kromě plynu i stěny nádoby, při ještě větším snížení tlaku světélkování plynu ustalo, ale světélkování stěn trubice bylo výraznější. Vzniklo tzv. katodové záření, které v roce 1896 znovu objevil Johann Wilhelm Hittorf, pojmenoval je Eugen Goldstein v roce 1876.
Vznik katodového záření.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Studiem katodového záření se zabýval William Crookes, který zjistil, že nezávisí na druhu plynu ani na druhu elektrod. Katodové záření vystupuje kolmo z katody a šíří se přímočaře k anodě, některými látkami prochází (např. hliníkovým plíškem, kterým může unikat ven ze skleněné trubice), nese energii, která se dopadem mění na teplo (video), v magnetickém poli se odchyluje tak, jako by měl záporný náboj (video). Na základě těchto experimentů vyslovil domněnku, že toto záření je proudem molekul zbytkového plynu v trubici, které nejprve dopadem na katodu získají záporný náboj a následně jsou od ní odpuzovány.
Tomuto závěru oponoval Heinrich Hertz, který se marně snažil katodové záření odchýlit elektrickým polem. Jeho názor podporoval Philipp Lenard, který nejprve v roce 1894 experimentálně prokázal, že katodové záření má podstatně větší pronikavost, než by mohl mít jakýkoli molekulární či atomární svazek a po té zjistil, že ani po dlouhodobém pronikání katodového záření do vyčerpané nádoby v ní nelze detekovat žádnou látku.
Katodové záření.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.
V roce 1896 se katodovým zářením zabýval n Thomson. Podařilo se mu v roce 1896 dokonaleji vyčerpat trubici a odchýlit katodové paprsky elektrickým polem. Na základě tohoto experimentu přišel s teorií, že katodové záření je tvořeno částicemi se záporným elektrickým nábojem. Studoval účinky elektrického pole na katodové záření, které při delším působení způsobuje nejprve větší výchylku, která se postupně zmenšuje. Na základě tohoto měření určil měrný náboj (tj. poměr elektrického náboje a hmotnosti). Pro různé plyny a materiály mu vycházela hodnota měrného náboje ve velmi úzkém intervalu, tisíckrát větší než měrný náboj iontu vodíku. Na základě těchto výsledků objevil novou částici, kterou již před osmi lety George Stoney pojmenoval elektron a zavedl jako označení elementárního náboje. Nabízela se alternativa, že elektron je malá částice se záporným nábojem. Úplné potvrzení této hypotézy přinesl opět Thomson, když pomocí právě zkonstruované Wilsonovy mlžné komory určil náboj elektronu.
Joseph John Thomson.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
