電子的發(fā)現(xiàn)過程，始于人們對氣體放電的研究。

    當(dāng)氣體放電發(fā)生時，電子很容易脫離原子的束縛呈現(xiàn)許多新奇現(xiàn)象。它們引導(dǎo)科學(xué)家探尋隱藏其中的奧秘，從而找到電子；而應(yīng)用電子的構(gòu)想，則源于白熾燈的發(fā)明。

    白熾燈灼熱的燈絲，不僅持續(xù)地發(fā)出明亮的光，而且源源不斷地發(fā)射電子；這些電子在沒有空氣的環(huán)境里能夠自由地飛行，借助電和磁的作用，人們可以控制它們的運(yùn)動，這成為各類電子技術(shù)發(fā)明共同的基礎(chǔ)。

    19世紀(jì)，電學(xué)發(fā)展至鼎盛時期，一些科學(xué)家出于興趣開始研究稀薄氣體的導(dǎo)電特性。

    這項實驗在密封的玻璃管中進(jìn)行：玻璃管兩端分別嵌入一個金屬電極，管中空氣的大部分已被抽氣機(jī)吸走；當(dāng)兩個電極之間加上電壓時，玻璃管中就會出現(xiàn)明亮的輝光，當(dāng)電流在電極之間流過時，稀薄的空氣就變成了導(dǎo)體。明亮的輝光非常美麗，很像北半球高緯度地區(qū)出現(xiàn)的極光。如果改變玻璃管中氣體的密度或成分，輝光的色彩與亮度就會發(fā)生變化。發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的英國物理學(xué)家法拉弟也曾研究過輝光放電，他發(fā)現(xiàn)輝光柱上有一小段不發(fā)光區(qū)域，人們稱之為“法拉弟暗區(qū)”。

    1858年，德國物理學(xué)家普呂克爾（1801—1868年）注意到，當(dāng)放電管中空氣非常稀薄時，輝光會變得越來越暗淡，光柱最終消失，只在玻璃容器內(nèi)壁正對陰極的地方發(fā)出淡淡的綠色熒光。他在放電管的兩個電極之間插入一個小小的擋板，熒光里便出現(xiàn)擋板的陰影，陰影的輪廓和擋板的外形完全一致。1876年，德國物理學(xué)家哥爾茨坦（1850—1930年）認(rèn)為，這是一種從陰極發(fā)出來的射線，由于玻璃管中沒有氣體分子阻擋，它可以直接到達(dá)對面的容器內(nèi)壁使其發(fā)光，因此，人們稱之為“陰極射線”。

    科學(xué)家喜歡把那些從物體中發(fā)出具有確定物理、化學(xué)或生物學(xué)效應(yīng)，然而又看不見的光稱為“射線”。

    1871年，英國物理學(xué)家瓦爾利（1828—1883年）發(fā)現(xiàn)，陰極射線會在磁場中偏轉(zhuǎn)，很像帶電粒子；英國物理學(xué)家克魯克斯（1832—1919年）發(fā)現(xiàn)，這種射線可以推動金屬箔做成的小飛輪在真空中旋轉(zhuǎn)；曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)電磁波的德國物理學(xué)家赫茲注意到，這種射線可以穿透很薄的金屬片。赫茲的學(xué)生勒納德（1862—1947年）還發(fā)現(xiàn)，真空中的陰極射線穿透0.000265厘米的鋁箔后，還能在空氣中繼續(xù)穿行1厘米。德國科學(xué)家認(rèn)為陰極射線是電磁波，而英國科學(xué)家則認(rèn)為它是帶電粒子。

    追蹤陰極射線的時候，人們意外地發(fā)現(xiàn)了X光。

    1895年11月8日，德國物理學(xué)家倫琴（1845—1923年），在一次實驗中將陰極射線放電管包上厚厚的黑紙，防止外部光線擾亂陰極射線。然而，他注意到在離射線管1米遠(yuǎn)的地方，有個氰化鋇做成的熒光屏，這個熒光屏隨陰極射線管的每次放電，一閃一閃地發(fā)光。倫琴把熒光屏挪至遠(yuǎn)處，它照樣閃光；他又在陰極射線放電管和熒光屏之間放上書、木板和鋁片，熒光屏還是閃光；只有在它們之間放上鉛塊或厚厚的鐵板時，閃光才會消失。顯然，陰極射線管中發(fā)出的是一種穿透力很強(qiáng)的射線，但不會是陰極射線。

    在實驗室里，倫琴連續(xù)工作了6個星期，仔細(xì)地研究這種射線與加在放電管上電壓的關(guān)系，研究各種物體對這種射線的吸收特性，以及射線在各個方向的強(qiáng)度分布。他將手掌放在陰極射線管和熒光屏之間，熒光屏清晰地顯現(xiàn)出手掌的骨骼。這種射線還會使相片底片感光，他用感光膠片拍攝他夫人帶有戒指的纖細(xì)的手，結(jié)果照片不再富有詩意，那上面的手指就像是骷髏的指骨套有一件不相干的金屬圈。隨后，他向外界公布了自己的研究結(jié)果，那張不可思議的照片尤其令世人大為震驚。

    倫琴把來歷不明的這種射線稱為“X射線”，因為在數(shù)學(xué)中人們習(xí)慣用“X”代表未知數(shù)。今天，人們知道“X射線”是發(fā)自陰極的電子在電場中加速后打在物體上突然減速輻射的電磁波。

    利用X光，人們能夠看到身體內(nèi)部的許多組織結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)骨骼的意外損傷和嵌入身體的金屬彈片，從而，可以幫助醫(yī)生診斷疾病。X光有著巨大的實用價值，然而倫琴沒有為自己申請技術(shù)專利，他希望全世界的人都能夠利用它，因而，X光技術(shù)迅速地普及至世界各地，有力地推進(jìn)了醫(yī)學(xué)進(jìn)步。

    倫琴在1901年獲得首次頒發(fā)的諾貝爾物理學(xué)獎，然而，他晚年仍然過著貧困的生活，并在德國大蕭條的歲月中寂寞地死去。

    1897年，英國物理學(xué)家湯姆孫（1856—1940年），對陰極射線進(jìn)行更加精確的實驗研究。他繼續(xù)改進(jìn)真空泵，進(jìn)一步提高放電管的真空度，發(fā)現(xiàn)了陰極射線在電場中的偏移現(xiàn)象。赫茲在1891年曾做過類似的實驗，但由于真空度不高，在偏轉(zhuǎn)電極之間發(fā)生了氣體放電，不能產(chǎn)生使陰極射線偏轉(zhuǎn)的力量，因而，導(dǎo)致赫茲對這種射線本質(zhì)的誤解。湯姆孫測量了陰極射線在磁場中的偏轉(zhuǎn)半徑，用熱電偶測量出陰極射線打在陽極上產(chǎn)生的溫度變化，從而計算出這種射線的速度比電磁波低得多。他用不同氣體和不同材料制成的陰極做實驗，但得到的結(jié)果完全相同。他確信，陰極射線是一種帶負(fù)電的微粒，與氣體成分或陰極材料無關(guān)，它存在于一切物質(zhì)之中。

    1897年4月30日，湯姆孫向英國皇家學(xué)會報告自己的研究成果，這篇報告為陰極射線的本質(zhì)做出了最終的科學(xué)論斷。后來，湯姆孫用“電子”一詞命名他所確認(rèn)的這種帶電微粒。從此，科學(xué)史家將人類發(fā)現(xiàn)電子的時間定為1897年。                                                        

     就在湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的1897年，德國發(fā)明家布勞恩（1850—1918年）完成了應(yīng)用電子技術(shù)的第一件發(fā)明——利用電子束做成了世界上最輕便靈活的“筆”，這種奇妙的“筆”可以描繪稍縱即逝的電學(xué)現(xiàn)象：根據(jù)電子留下的蹤跡，人們可以從容地觀察電信號的變化過程。

     如果在抽成真空的陰極射線管里裝上圓柱形空心電極，然后加上電壓，那么，發(fā)自陰極的電子在穿過電極時受到靜電力的約束，就會聚成細(xì)束；如果在電子束通過的路徑安裝兩對相互垂直的金屬平行板電極，其中一對電極使電子束跟隨加在電極上的電壓信號上下垂直運(yùn)動，另一對電極使其左右水平運(yùn)動，再在與陰極相對的玻璃管壁上均勻地涂敷一層礦物質(zhì)細(xì)粉（例如硫化鋅），那么，電子束打在上面就會產(chǎn)生黃綠色光斑，這種可以發(fā)光的涂層稱為熒光屏。如果使電子束在水平方向作等速運(yùn)動，熒光屏就會顯現(xiàn)加在垂直偏轉(zhuǎn)板上的電壓隨時間變化的過程，電子的這種工作方式被稱為“掃描”。這項發(fā)明為科學(xué)家提供了其夢寐以求的對儀器觀測的手段，使人們不必再憑想象研究電的變化過程而能夠超越感覺器官的局限，直觀地看到它們，這為后來電視、雷達(dá)和電子顯微鏡的發(fā)明，奠定了重要基礎(chǔ)。

     布勞恩是一位具有深厚科學(xué)功底的發(fā)明家，他在德國柏林大學(xué)獲博士學(xué)位后，同時從事德國3所大學(xué)的學(xué)術(shù)研究工作。1874年，他發(fā)現(xiàn)某些金屬硫化物具有使電流單方向通過的特性。他利用它們做成了無線通信不可或缺的檢波器，開創(chuàng)了人類研究半導(dǎo)體的先例。19世紀(jì)90年代，當(dāng)他得知人們正在研究陰極射線時，又立即轉(zhuǎn)向這一新領(lǐng)域，產(chǎn)生了使這種射線聚焦、掃描的構(gòu)想。

    布勞恩在無線電通信技術(shù)領(lǐng)域也有很多重要的發(fā)明。他發(fā)明了磁耦合天線，使無線電發(fā)射機(jī)和接收機(jī)不必直接與天線相連，減少了雷擊的危險，增大了通信距離，今天所有的收音機(jī)、電視機(jī)、電臺和雷達(dá)都在使用它們。他還發(fā)明了定向天線，使電磁波按照人們的設(shè)想沿規(guī)定的方向傳播，提高信號傳輸?shù)男剩瑴p少電磁波能量無謂消耗和通信系統(tǒng)之間的相互干擾。

    不幸的是，布勞恩這位杰出的發(fā)明家成了第一次世界大戰(zhàn)的犧牲品。為解決一件關(guān)于無線電通信技術(shù)方面的專利糾紛，布勞恩于1917年到美國參加聽證會，其間美國介入第一次世界大戰(zhàn)，美國政府以“布勞恩是敵對國公民”為由逮捕了他。第二年，布勞恩死在獄中。                                                  

     1904年，美國發(fā)明家弗萊明（1849—1945年），通過在真空中利用電流加熱燈絲的辦法，輕而易舉地獲得逸出物體的自由電子，并用它做成了一種效率很高的無線電信號檢波器——真空二極管。

     真空二極管中有一條燈絲和一個孤立的金屬電極，這個電極被稱為陽極。當(dāng)燈絲加熱時，如果在陽極加上正電壓，電子就會在靜電力作用下到達(dá)陽極，使電流通過；如果在陽極加上負(fù)電壓，靜電力將阻止電子運(yùn)動，電子會滯留在燈絲周圍，使電流中斷。由于電子很輕，慣性很小，真空二極管可使頻率很高的無線電信號被整流檢波成為人們需要的信息。弗萊明用它替代無線電接收機(jī)里的金屬粉末檢波器和晶體檢波器，使微弱的高頻無線電信號能夠還原成所傳輸?shù)碾姶a信息，無線電接收機(jī)的靈敏度顯著提高。

    弗萊明的發(fā)明直接得益于愛迪生早年的發(fā)現(xiàn)。

    為了提高白熾燈壽命，愛迪生曾使用許多稀奇古怪的辦法進(jìn)行試驗。1881年，他在燈絲旁邊裝上一個孤立的金屬電極，當(dāng)燈絲點亮?xí)r，這個電極上總會出現(xiàn)電流；他連續(xù)試驗了兩個星期，電流總不間斷。愛迪生詳細(xì)地記錄了每一次試驗的結(jié)果，認(rèn)為是燈泡漏電，并且認(rèn)為這個孤立的電極對提高燈絲壽命沒有幫助，便停止了這項工作。

    實際上，愛迪生觀測到的電流正是燈絲受熱后發(fā)出的電子流，他應(yīng)該是最早發(fā)現(xiàn)電子的人。由于愛迪生當(dāng)時缺乏探究自然奧秘的興趣，功利的追求使這位發(fā)明家只關(guān)注具有實用價值的事物，因而，錯過了發(fā)現(xiàn)電子的機(jī)會。后來，人們把加熱燈絲發(fā)射電子的現(xiàn)象稱作“愛迪生效應(yīng)”。

    1906年，另一位美國發(fā)明家福瑞斯特（1873—1961年），對真空二極管作出重大改進(jìn)，發(fā)明了真空三極管，開辟了電子學(xué)發(fā)展的新途徑 。

    福瑞斯特在真空二極管的燈絲和陽極之間，加裝一個獨立的金屬柵網(wǎng)，稱作控制極。如果改變柵網(wǎng)上的電壓，便可控制到達(dá)陽極的電子數(shù)量。如果在柵網(wǎng)上加一個很小的電壓信號，在陽極上便可得到與其變化規(guī)律完全相同、幅度大得很多的電信號，這種簡單的器件可以使電信號增強(qiáng)。真空三極管是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，就好像是電信號的加油站。這項看似簡單的發(fā)明，翻開了電子技術(shù)發(fā)展史新的一頁。

      自從1837年人類開始應(yīng)用電傳遞信息以來，一個令人頭痛的問題始終困擾著人們：電信號在傳輸?shù)穆窂缴蠒p，變得越來越小，以至最后消失得無影無蹤，這限制了通信的距離。1876年，美國費(fèi)城舉辦國際博覽會，電報公司向全世界招標(biāo)，尋求解決大西洋海底電纜電報信號傳輸衰減的技術(shù)方案，結(jié)果無人中標(biāo)。福瑞斯特真空三極管的發(fā)明，使信號衰減不再成為問題，人們通過真空三極管很容易使衰減的電信號重新增大，通信質(zhì)量明顯改善，通信距離大幅度增加。從此，使用電信技術(shù)的客戶迅速增多，電話、有線電報和無線電通信出現(xiàn)了新的發(fā)展高潮，電信號把世界更多的地方連結(jié)在一起。