1.    Penemuan Elektron

Pada tahun 1879, Sir William Crookers melakukan sebuah percobaan dengan menggunakan tabung sinar katoda (CRT) atau disebut juga tabung Crookers. Tabung Crookers terdiri dari tabung kaca bertekanan rendah yang di dalamnya dipasang dua buah elektrode (anoda dan katoda) dan pada ujung tabung dekat anoda dilapisi zat fluoresensi (misalnya ZnS).

Ketika elektroda pada tabung Crookers dihubungkan dengan sumber tegangan tinggi, maka dari katoda akan terpancar seberkas sinar yang tidak tampak menuju ke anoda yang ditunjukkan dengan berpendarnya layar fluoresensi di dekat anoda. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sinar katoda dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnet serta dapat memutar baling-baling yang dipasang pada lintasan sinar katoda. Karena itu, sinar katoda merupakan partikel yang mempunyai muatan listrik dan massa.

Karena dalam medan listrik sinar katoda dibelokkan kekutub positif, maka partikel-partikel sinar katoda merupakan partikel-partikel bermuatan negatif. Partikel sinar katoda oleh G.J Stoney diberi nama elektron. Jika bahan katoda diganti dengan logam lain, selalu dihasilkan sinar katoda serupa, sehingga dapat disimpulkan bahwa partikel-partikel sinar katoda (elektron) terdapat pada setiap materi (atom).

Pada tahun 1897, Sir Joseph Thomson menemukan harga muatan spesifik elektron (e/m), yaitu perbandingan muatan dengan massa elektron. Untuk menentukan nilai e/m tersebut, Thomson menggunakan medan magnet dan medan listrik yang dipasang pada lintasan elektron.

Tanpa medan listrik (E), maka medan magnet (B) akan menyebabkan elektron bergerak melingkar dengan jari-jari r. Jika elektron mempunyai kecepatan v, maka gaya magnet pada elektron sama dengan gaya sentripentalnya. Akan tetapi, jika medan listrik diterapkan dan diatur agar lintasan elektron (berkas sinar katoda) kembali seperti sebelum dipengaruhi oleh medan listrik dan medan magnet, maka pada keadaan ini gaya listrik pada elektron sama dengan gaya magnet. Melalui perhitungan selalu diperoleh harga muatan spesifik elektron sebesar 1,76 x 10⁸ coulomb/gram untuk setiap sumber elektron (katoda) yang berbeda. Berdasarkan hal tersebut, maka diterapkan bahwa elektron merupakan partikel dasar yang menyusun materi (atom).

            Beberapa sifat sinar katode adalah sebagai berikut.

a.    Merambat tegak lurus dari permukaan katode menuju ke anode.

b.    Dapat memutar kincir yang dipasang di antara katode dan anode. Hal itu membuktikan bahwa sinar katode merupakan partikel kecil yang tidak dapat dilihat.

c.    Dibelokkan mendekati muatan positif dalam medan listrik dan medan magnet. Hal itu membuktikan bahwa sinar katode bermuatan listrik, tepatnya bermuatan negatif.

d.   Dapat memendarkan berbagai zat. Maksudnya, sinar katode dapat menyebabkan benda yang dikenainya memancarkan cahaya. Sifat ini dimanfaatkan untuk membuat pesawat televisi.

Berdasarkan hasil eksperimen yang dilakukan J.J. Thomson, sinar katode tidak bergantung pada jenis gas dan logam yang digunakan untuk elektrode. Dengan kata lain, semua benda terdiri atas partikel yang sama. Partikel itu merupakan partikel dasar penyusun materi. Selanjutnya, partikel sinar katode itu disebut elektron.

Pada tahun 1897, J.J. Thomson melakukan serangkaian eksperimen untuk menentukan muatan dan massa elektron. Dasar dari eksperimen yang dilakukan Thomson adalah sinar katode dalam medan listrik dan medan magnet. Eksperimen itu berhasil menentukan perbandingan antara muatan dan massa elektron, yaitu 1,76 x 10⁸ Coulomb/gram = 1,76 x 10⁸ C g^-1.