1855年，Heinrich Geissler盖斯勒发明了水银替换泵，可以实现大约10pa的部分真空. 电火花发现后，由于和闪电比较像，因此富兰克林想通过风筝实验将闪电引入莱顿瓶中，再通过实验证实闪电与电一样.人们通过实验测试电火花通过水，金属，空气等媒介的能力、通过实验测试电的性质，如果电能煅烧钻石，那么电和普通的火类似；如果电使石灰水或碱性水变中性，那么电就具有和酸一样的性质；如果电能使硫酸盐析出硫磺，那么电就和燃素相似；这大概就是人们将电极插入水中的原因（时间有限，具体原因未查清），于是有了尼柯尔森和卡莱尔1800年发表的论文《利用电池电流分解水的方法》.文中讲的是他们借助于电弧进行了分解水的研究，他们确认在这种情况下，水会分解出氢气和氧气.这就是说，可以用电流分解其它物质.

水解的出现，驳斥了亚里士多德的四元素说.

有一天，一位助手送来一篇文章，并且说是贝多斯博士请戴维看的.他看到是尼柯尔森和卡莱尔1800年发表的论文《利用电池电流分解水的方法》，助手汤姆和戴维商量也试试这类实验.他们把贝多斯博士准备的电池组拿来，准备试试电流对各种不同物质的作用.他们取得了一定成绩.

1807年英国的戴维首次用电解熔盐的方法取得了金属钾和钠

1810年戴维确定氯是种元素

1811年意大利的阿伏加德罗提出分子假说

接下来要处理的是，为什么人们要在真空或半真空中进行放电实验并最终发现电子.

1675年，法国天文学家皮卡德（Jean Picard）在晚上将水银气压计从天文台移到圣米歇尔山时，注意到了当气压计中水银振荡时，在托里拆利真空部位会发出闪光，即“水银荧光”现象.这一现象使他非常惊奇，并立即向名为Journal des sçavans的学术期刊报告了这一发现.人们可能在想，为什么一个天文学家要携带气压计呢.实际上，作为一个天文学家，皮卡德要测量恒星、行星等的位置.他知道这些位置在太空中的出现受到大气折射的影响.而大气折射又受到大气温度和大气压的影响.他通过气压计测量气压.

在荷兰的格罗宁根Groningen教书的瑞士数学家伯努利Bernoulli研究了这个现象，并于1700年向法国科学院演示了这个现象.从伯努利那里学到这个现象后，英国人豪克斯比（Francis Hauksbee）广泛地研究了这个现象，证明完全的真空环境不是产生这个现象的必要条件.

Hauksbee在进入皇家学会之前就被认为是一个仪器制造者instrument maker和很有技巧的实验者experimenter of great skill.在科学院前两年里主要用他自己的新空气泵重复Boyle，hooke和Denis papin的实验.1705年Hauksbee开始做Picard的气压计发光实验.当空气压力变化，他发现光在像空气这样的密度的媒介中不会产生，而且要产生光的话也不需要把所有空气都抽出，很明显产生光的原因是水银与玻璃的相互摩擦.但这只是水银才具有的特性吗，还是其他物质在真空中摩擦也会产生光呢？Hauksbee做实验后发现，在抽空的容器中，球形琥珀和纺织品的衣料相互摩擦也会发光，光在真空中比在空气中亮（静电放电）.

Hauksbee built a contrivance by which substances could be rubbed together in the receiver of his air pump. With this device he showed that when beads of amber were rubbed against woolen cloth, a light was produced that was brighter in vacuo than in air.

相反地，打火石与钢铁相互摩擦时，放入空气才会产生火花（燃烧需要氧气）.

1705年12月9日，Hauksbee向学会展示的一个实验证实，当一个有杠杠的玻璃球快速旋转且与绑在铜弹簧上的纺织品的衣料相互摩擦时，在抽空的容器中时会迅速产生紫色光，并且随着抽空程度，也就是气压的变化而变化.但是当空气进入后，光就失去了颜色和强度. 在黑暗的房间里旋转一个抽空的玻璃球，把手放在旋转的玻璃球表面与之摩擦时，玻璃球内产生了紫色光足以照亮大写字母.当玻璃球内冲入空气后，玻璃球内的光消失了，而靠近玻璃球的物体上会产生明亮的斑点，甚至他的衣领上都发光了.

威廉•沃森（William Watson，1715年4月3日－1787年5月1日）是英格兰科学家、医生，在伦敦出生、逝世.他在1741年加入皇家学会；在1772年晋升为副会长.他在1745年荣获科普利奖章.

从1744年开始，沃森首先基于莱比锡大学教授Johann Winkler的一份’勺子中热（warm）的酒精会被电火花点燃’的报告开始了最初的电学实验.此后，1746年莱顿瓶发明.沃森让很多人手拉手通过莱顿瓶放电，使人们建立了电路的概念.从沃森在真空或半真空中的放电实验可以推知，沃森在真空中进行放电实验的目的，是为了验证真空是否导电，这一点通过他将铜导线的两端从靠近到分开一段距离的实验可以得知.

John Bevis最先建议沃森用锡箔（tinfoil）或铅皮（sheet-lead）来包装莱顿瓶的外层，也很可能是第一个注意到莱顿瓶的电量（charge）随着莱顿瓶的增大而增大，而不是与莱顿瓶中水的含量成正比，水只是起着导体的作用.他正确地认识到金属也可以像水一样起到同样的作用，于是就制作了3个用lead外层包围的莱顿瓶，当莱顿瓶连在一起后，发现3个莱顿瓶放电效果比两个大，两个比1个的大.这显示了莱顿瓶的电力是由金属和玻璃决定的.并且证明了电力与金属外层的量（quantity）成正比.

沃森是第一个示范了电在真空中传播的人，他在1752年将这一系列实验发表在了皇家学会的Philosophical Transactions上，这些实验随后被smeaton ,canton,and wilson重复.沃森是在John Smeaton 和Lord Charles Cavendish的帮助下做这些实验的.

玻璃管差不多有1英尺（0.98米）长，直径几乎有3英寸（7.5cm），一个与玻璃管很合适的铜环粘牢在玻璃管两端，铜环中各有一个可以像螺丝一样扭稳的中空铜杯，几乎是圆的形状.其中一个铜杯的顶上是蘸有油的皮革材料，皮革材料中插有一根纤细的、与玻璃管另一端的距离小于8英寸（20cm）的铜棒.玻璃管另一端的铜杯上固定一根只有8英寸（20cm）的同样的铜棒.这样一来，两根铜棒就能容易地相互接触在一起，并且为了更好地观察由于表面的增加而引起的不同效果，在玻璃管两端扭上一小片圆形铜片.这样做的目的是方便将铜棒之间的距离分开或靠近某一距离.电流在真空中产生的距离要比同样条件下在空气中的远.

将玻璃管内外擦干，然后放在一个大概2英尺长，半径正好可以放之前提到的铜杯的铜柱内.为了防止空气进入，在铜柱两端固定一小片湿的皮革.将这些放在空气泵上，底端放在一块蜡，铜棒两端连接上导体，然后使发电机（摩擦产生直流电）转动起来.如此一来铜棒就被充电了，当铜棒靠近底端的铜片，或者与铜片距离2 inches（5.08 cm）时，电火就会从顶端的铜片吹向底端的铜片.并且任何一个站在地面上的人与空气泵任何部位接触时都会被猛然吸住，给其他人一种被充电的信息.但是，当铜片彼此后退时，效果就会越来越小，当他们相距5-6inches时，与空气泵接触就不会被吸住.

当抽出玻璃管中空气时，电火不仅通过5 inches，而是通过整个玻璃管.

And it was a most delighted spectacle,when the room was darkeded,to see the electricity in its passage; to be able to observe, not as in the open air, its brushes or pencils of rays an inch or 2 inches,but here the coruscations were of the whole length of the tube between the plates,viz.32 inches , and of a bright silver hue.these did not immediately diverge into less and less ramification ,and resembled very much the most lively coruscations of the aurora borealis.

当玻璃管被perfect抽空时，电火会成为一束连续的流，朝同一方向通过整个玻璃管. 当放入一小点空气进入的时候，上面的现象就消失了.

这些实验显示，无论真空能做的多么强，电火都可以扩散在整个玻璃管的长度里（真空越好，电火通过的距离越长）.

Watson非常渴望知道，当他做了多人手拉手通过莱顿瓶放电实验形成电路后，以及长距离测量莱顿瓶放电的传播速度（结论是即时性）的实验是否能在真空中做.通过真空实验，他发现在真空中的放电应该是即时性的，但是当铜棒相距超过10 inches时，就不再有电火通过真空了.

法拉第在图书装订商和书商当学徒时看过taylor的电学资料，并对相关自然科学十分有兴趣，有一名老顾客看到法拉第的学习热情，就送给他一张科学院davy的化学演讲票，在听了davy的演讲后，法拉第详细做了笔记并用自己的图书装订技巧装订成书，附上自己想做科学研究的信一起寄给davy，希望当他的助手.但是davy当时没有能力做出这个决定，后来davy在试验中一只眼睛失明，且恰好科学院一名助手因为某种原因而被开除后，davy才很快把法拉第招入当自己的笔记员.

1820年，奥斯特发现电流的磁效应，受到科学界的关注，1821年，英国《哲学年鉴》的主编约请戴维撰写一篇文章，评述自奥斯特的发现以来电磁学实验的理论发展概况.戴维把这一工作交给了法拉第.法拉第在收集资料的过程中，对电磁现象产生了极大的热情，并开始转向电磁学的研究.

法拉第研究电学的另一个主要原因，在于Davy当时制造了世界上最大的电池，利用这个电池，他发现了很多元素，并且引起了他的学生法拉第在电学上的兴趣.于是，他企图从静止的磁力对导线或线圈的作用中产生电流，但是努力失败了.经过近10年的不断实验，到1831年法拉第终于发现，一个通电线圈的磁力虽然不能在另一个线圈中引起电流，但是当通电线圈的电流刚接通或中断的时候，另一个线圈中的电流计指针有微小偏转.法拉第心明眼亮，经过反复实验，都证实了当磁作用力发生变化时，另一个线圈中就有电流产生.他又设计了各种各样的实验，比如两个线圈发生相对运动，磁作用力的变化同样也能产生电流.这样，法拉第终于用实验揭开了电磁感应定律.法拉第的这个发现扫清了探索电磁本质道路上的拦路虎，开通了在电池之外大量产生电流的新道路.根据这个实验，1831年10月28日法拉第发明了圆盘发电机，这是法拉第第二项重大的电发明.这个圆盘发电机，结构虽然简单，但它却是人类创造出的第一个发电机.现代世界上产生电力的发电机就是从它开始的.

Faraday coined many of the terms still used today, including electrolysis, electrolyte, electrodes, anode, anions, cathode and cations.

沃森watson之后一个几乎一个世纪里，人们在真空放电方面都没有任何新的发现.1838年，法拉第将电流通入两端有铜棒rod的封闭的空气稀薄的容器时，注意到了一束紫色雾气或光束从正极流出，停在距离负极一小段距离的位置上，而负的铜棒上被连续的光glow罩住，如此这样地在正极与负极之间出现了一小段狭小的黑色空间，为了纪念它的发现者，这段空间被后续的研究者命名为法拉第黑色空间faraday dark space.（真空或稀薄气体管中的颜色取决于充入的气体.）尽管法拉第观察到了一系列有趣的现象，但是他受到当时空气泵的影响，人们不能将玻璃管中的气压减小很多来有效地研究阴极的光.1854年，德国一个具有超常吹制玻璃容器的人盖斯勒不仅发展改善了真空泵，还成功地将金属电极封装在玻璃管内，他制作的这个玻璃管尤其适合于电流通过低压气体.盖斯勒是德国吹玻璃的人和物理学家，他设有一家制造兼出售科学仪器的店铺.他在德国很多大学找到过工作，包括在波恩大学.在波恩大学，他被物理学家普吕克叫去设计一种抽空玻璃管的仪器.

普吕克(Plücker，Julius)1801年6月16日生于德国埃尔伯菲(Elberfeld)；1868年5月22日卒于波恩(Bonn)．数学、物理学．

普吕克出身于亚琛(Aachen)的一个商人家庭．青年时代毕业于杜塞尔多夫(Düsseldorf)地方的大学预科，以后曾到波恩、海德堡、柏林和巴黎等地的大学学习．1824年从马堡(Mar-burg)大学获得博士学位．1825年在波恩大学担任讲师．1828年被提升为特别教授．1833年在柏林任特别教授，同时担任弗里德里希•威廉(Friedrich Wilhelm)高级文科中学的教师．1834年在哈雷(Halle)大学任数学教授，以后又继 K．明休(von Miün-chow)之任，在波恩任教数学(1836—1847)

普吕克在物理学方面的引路人是法拉第，他和后者通信．两个世纪以前，葛利克发明了第一台空气泵.葛利克用空气泵抽出容器中的空气，从而形成真空，而科学家用这样的真空器能心满意足地做实验.托里拆利比当时的空气泵所能做到的要强，他在一个水银柱上造成了真空.然而，这种真空仅仅作为一件珍贵物品而被保留下来，因为它是密封容器内的真空，因此，不适用于做实验. 1855年，盖斯勒吸取了托里拆利发现的优点，制造了一台没有机械运动部分的空气泵.他使一柱水银上下运动.水银柱上面的真空可以用来一点一点地吸出密封容器内的空气，直到密封容器内的真空度接近水银柱上方的真空度为止.他用这种方法形成的真空比以前任何人形成的都纯.盖斯勒的朋友普吕克把用这种方法形成真空管子称为盖斯勒管. 有了盖斯勒管，就有了可能使电和原子的研究迈出了重要的一步.在此以前，物理学家曾经想通过真空器来进行放电，法拉第也曾经指出，若是如此，结果应是荧光的形成.遗憾的是，法拉第所使用的真空器不够理想，以致不能作出很多成就.有了盖斯勒管，情况发生了变化，研究工作得以开始.

1847年，普吕克对法拉第的真空放电实验的工作变得感兴趣起来.普吕克认为，如果将气体放入玻璃中密封，那么可以长时间观察到放电效应.1858年，普吕克用盖斯勒管产生放电现象，发现一种神秘的、漂亮的绿光.这种光可以持续很长时间.

Humphrey Davy在1821年曾经研究过另外一种形式的放电现象，两个碳极之间有弧光，当用磁铁靠近时，弧光会偏转.

普吕克做了一个在真空中放电的相似实验，观察到了类似的光在磁场中的偏转.但是他的实验的最有趣的地方是在负极附近检查到了光在磁场中的行为；当负极改成一个单一的点，则整个负极的光都集中在通过该点的磁场的磁力方向的一条线上.换句话说，负极的光就像是由金属离子丝组成的一端连着负极的可以弯曲的链条.

普吕克注意到，当负极是铂金的时候，小微粒就跑离负极并堆积在玻璃管上了.这很正常，普吕克写到，想象一下这些磁场的光是由不发光的铂金离子组成并且当他们跑离负极的话.他好像看到了在放电期间靠近负极的玻璃管上发出了磷光，并且标记了这些光因磁场的变化而变化的位置.这导致了另外一个发现，在1869年，普吕克的学生Hittorf曾经放置一个固体在point-cathode和磷光之间，并很惊讶地看到了一个阴影投下.他因此正确地推断说，负极的光是由射线形成的，这些射线在直线上向前运动，并且他们与玻璃壁发生碰撞时产生磷光.

Hittorf发现cathode rays可以穿透很薄的金属薄片，这一现象在1894年被lenard深入地研究并得到重要的结果.

Hittorf的观察结果在1876年被Eugen Goldstein放大了，他发现，不仅负极是一个点，就算是一个表面，当固体放得靠近负极时，也会发现不同的阴影被投射下来.这清晰地显示出，cathode rays（此时第一次被使用的名词）不是毫无差别地向各个方向发射，而是负极上的每一表面部分发射的射线都指向同一个方向.并且Goldstein发现这个方向是负极表面的法线方向.他的发现建立了一个重要的区别，cathode rays是从负极发射出的，光是从不发光的负极表面发射出的.

接下来的20年里，负极射线的本质问题吸引了很多注意力.Hittrof的发现之后的第二年，Cromwell Varley抛出了一个假设，认为cathode rays是被电从负极射出的微弱的物质的离子.这些离子是被充了负电（带负电）的，因为它们会被磁场影响.

几年后，William crookes研究了真空度更高的放电实验.Crookes发现，真空度越高，负极发出的光会变得越厚并且远离负极，在负极和光之间留下一段dark space，这段dark space被称为crookes dark space，真空度越高，这段dark space越来越宽，当它的边界靠近玻璃管时，玻璃管会发出绿色的光.绿光的分布会随着靠近的磁铁而变化.Crookes发现，当使用凹面的负极时，cathode rays会聚集在一个很小的区域上，当物体放在凹面负极的曲率中心时，会被强烈地加热，把这些射线通过狭小缝隙时，会得到很狭窄的射线束，这条射线束会被横向的磁场弯曲，就好像一条弯曲的导体带着电流流向负极.Crookes采纳了Varley的观点，认为cathode rays 是快速运动的带负电的离子.

Crookes在阴极射线上的实验引起了物理学家关于电通过气体的极大兴趣，并且不久就开始尝试形成关于气体传导电的普遍理论.

1894年，当时任赫兹助手的勒那德（LENARD，Philipp 1862-1947）研制出了带有“勒纳德窗口”的阴极射线管.

勒纳德的父亲是富裕的酿酒商，并且希望勒纳德继续这门生意，在长期的争论之后，他父亲才同意他继续学业，但是要求他要以与酿酒相关的化学学习为主.1883年，他用一年工作攒下的钱到德国拜访了私下经常通信的本生，本生的演说使他坚信了作为科学家的想法，并于1883年通过海德堡大学入学考试，在海德堡和柏林学习物理4个学期.知道教师赫姆赫兹.其后勒纳德研究过磷光，在伦敦，在德国不同大学之间当物理教授的助手，之后在已经因为电磁波的发现而出名的赫兹的指导下工作，其后他的敏感性发展为病态，这导致他认为自己被赫兹忽略并抛在一旁，赫兹突然的去世使其担负了可能是赫兹的余下的工作，1892年他因为水电方面的工作成为一名讲师，但还是继续了由赫兹开始的光电效应的研究，实际上光电效应从1880年开始就是勒纳德最喜欢的主题.

这一工作的开始可追溯到26年前的克鲁克斯.我读过他的文章《辐射物质》，这是她对阴极射线的称呼.在求学期间，我没有直接表现出对这些问题的兴趣.气体放电对于初学者来说并不是一个合适的研究对象，事实的确是这样.但甚至是成熟的研究家在克鲁克斯以后的年月中也没有取得真正有意义的成就.只是在后来，当我在海德堡大学当昆克（Quincke）的助手时，我才有机会和便利制造了一个水银真空泵（它能产生非常高的真空），用来进行我自己的阴极射线实验，我完成了关于阴极射线的第一项研究成果，研究了当时赫兹的关于阴极射线有与紫外线相似特性的观点，并设计了一个实验，以探究阴极射线是否像紫外线一样，能够通过放电管壁上的石英窗（石英玻璃），我获得的结果是阴极射线没有这样的特性.当时这不算是物理研究所的标准实验项目.我希望尽可能直接地取得进展，我想，如果能将这些射线从管中引到空气中该有多好：那时就有可能用它们进行直接实验了.为此，需要在管壁装一个可以让射线穿过的密封层.

四年后，即1892年，我有了另一个机遇，当海因里希•鲁道夫•赫兹（Heinrich Rudolf Hertz 1857年-1894年）的助手.一天他叫我去，这种机会不经常有，他给我看刚发现的新现象：在放电管中放着一块用铝箔覆盖的含铀玻璃片，当用阴极射线轰击铝箔时，铝箔下面发出了亮光.赫兹因此建议可以用铝薄板将放电管内的空间一分为二，在空间的一部分内，阴极射线由常规的方法产生，而在空间的另一部分，可以在真空的条件下观察阴极射线.赫兹由于过于忙碌，便授权我做这个实验.

他对我说，“我们应该用铝箔把放电管分成两个室、在一个室中像通常那样产生阴极射线，在另一个室中可观察空前纯净的这种射线.即使因为铝箔很软，两个室的气压差很小，也可以把观察室完全抽真空，看—下这样做是否妨碍阴极射线传播，换句话说，看一下阴极射线是物质中的现象还是以太中的现象.”（这一点我做到了.）他显然认为最后这个问题是最重要的问题.我后来进行了实验，但我主要对我早年的问题，即在敞开的空气中的阴极射线感兴趣.我没有因为赫兹所用的铝箔太软而不用它，我在合适的放电管中把越来越多的这种铝箔一层层叠起来，发现10层到15层还能让阴极射线很好地通过.

于是，我又找了几片较厚的薄铝片，看它们是否能经受得住空气压力.情况果然如此，条件是铝箔的面积应该足够小.

然后，我重新用旧的管子，用薄铝片代替石英片，薄铝片上有一小孔，小孔用铝箔密封，将几颗碱土磷化物颗粒放在铝窗上，然后激发放电管，礁！颗粒发亮了.我又轻轻地拿起颗粒放在铝窗前，它们在这里同样也发亮.这证明阴极射线能从放电管中出来，而过去它们一直被限制在管内.此外，它们还通过了通常密度的空气，这是谁也没有预料到的.于是很清楚，在我面前展现了一个新的广阔的研究领域，不仅包括迄今尚未看到的现象，而且有希望向未知的领域突破.到目前为止一直难以解释的阴极射线的秘密终于被揭开了.更重要的是现在首次能以最大的纯度进行实验.让我们用另一种类型的辐射——光——来作类比.如同到现在为止，除了在产生光线的炉子内部和火焰中外（就象阴极射线在放电管中），不可能研究光线.那么伟大而详尽的光学就此止步了吗？现在可以在炉子上装一个密封窗，纯的光线能通过密封窗出来，离开形成它的复杂而难以解释的过程，这个过程仍限制在放电管里面.

自从发现阴极射线以来，这个过程一直不能理解，除非对阴极射线本身进行充分的研究.正如我们在历史回顾部分将看到的，这个研究还提供了有关X射线和放射性的许多其他知识（其中有些现在已成为常识），同时也加深了对电和物质的了解.

现在首先需要扩大新的知识领域的这个突破口，重要的是增大从窗口出来的射线的强度，并改进产生射线的条件（与第一个放电管相比）.因此我制造了如图所示的放电管，它曾在许多实验中使用过.这里可以看到射线产生室，其中有阳极（A），阴极（C），有小窗的密封层（mm），窗后是观察室，射线就进人该室.尽管在这里最明显的或不太明显的现象都能观察到，但到目前为止，所有现象的结果都尚未充分地研究过.

必须指出，射线不能直接看见，用眼睛直接对着窗口是无用的，因为眼睛这个器官不能接收阴极射线.另一方面，不加热就能发光的荧光物质可以使射线变成可见的.最好是用几张涂有这种物质的纸对着射线作屏幕，例如某种酮、氰化铂或碱土磷化物.如果屏幕发光，就表明有阴极射线撞击它.还可以对射线直接摄影.这些方法和使紫外线成为可见的方法相同.紫外线是当时知道的不可见辐射的唯一例子.

当我们使用荧光屏时，发现靠近窗口处最亮，随着离窗口距离的增加，射线的强度逐渐减弱，到离窗口8厘米时屏幕就相当暗了.常压下敞开的空气对阴极射线的穿透性不十分好，比光的穿透性要差得多.我们有趣地发现，空气对这些射线来说是一种混浊媒质，就像牛奶对于光一样.如果我们在离窗口合适的距离处置一块带孔的不透光的板，然后把屏的边缘对着孔，就会得到所示的图像.

图中虚线指示出细的射线束，这是直线传播时应有的情况.但是我们在空气中的屏幕上实际上看到了宽的弯曲球状光束，就像我们让光通过一个盛有稀牛奶的罐子的相同小孔时所看到的现象.是什么东西使空气变混浊呢？在牛奶中是无数悬浮的脂肪小颗粒造成混浊，使透光性变差.但纯净空气除了悬浮于以太中的气体分子外别无他物.这些分子异常微小，比脂肪分子小一万倍，它不能阻挡光的传播而使透光性变差.可见，阴极射线一定是非常精细，与之相比，物质的分子结构就显得粗糙了，尽管物质的分子结构和很精细的光波相比又显得极小.因此有可能用这些射线去获得有关分子和原子本质的信息.

Lenard继续实验，证实物质对阴极射线的吸收只与物质的重量有关，重量越大，吸收就越多.