การทดลองของเขาทั้งหมดดำเนินการกับสิ่งที่เรียกว่าหลอดรังสีแคโทดดังนั้นก่อนอื่นฉันจะพยายามอธิบายว่ามันคืออะไรและมันทำงานอย่างไร
หลอดรังสีแคโทดเป็นหลอดแก้วกลวงที่ปิดผนึกซึ่งอยู่ภายใต้สุญญากาศ (มีลมดูดออกมาหมด)
ข้างในปลายด้านหนึ่งเป็นไส้หลอดไฟฟ้า (ซึ่งจริง ๆ แล้วเรียกว่าแคโทดในการทดลองนี้) เช่นเดียวกับด้านในหลอดไฟ อีกด้านหนึ่งเป็นหน้าจอเรืองแสงซึ่งเหมือนกับหน้าจอทีวีแบบเก่า
คุณผ่านกระแสไฟฟ้าผ่านไส้และมันก็จะเริ่มส่องแสง ในเวลาเดียวกันคุณเชื่อมต่อไส้หลอดและหน้าจอเรืองแสงพร้อมกับแหล่งไฟฟ้า
สิ่งนี้ทำให้สนามไฟฟ้าระหว่างหน้าจอและไส้ - และถ้าหน้าจอเป็นบวกแล้วอิเล็กตรอนจากใยจะไหลไปทางหน้าจอทำให้มันเรืองแสง
(มันยากที่จะอธิบายว่ามันถูกต่อสายอย่างไรโดยไม่ต้องวาดรูป! คิดว่ามันเป็นไส้หลอดที่เชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ - มันจะเรืองแสงเหมือนหลอดไฟ แต่ไม่สว่างเท่านั้นจากนั้นคุณเชื่อมต่อแบตเตอรี่ก้อนที่สองด้วย (+) เทอร์มินัลที่เชื่อมต่อกับหน้าจอและ (-) เทอร์มินัลที่เชื่อมต่อกับเส้นใยในความเป็นจริงพลังงานจำเป็นต้องสูงมาก
ในช่วงเวลาที่ทอมสันเริ่มงานของเขาแสงที่ส่องมาบนหน้าจอนั้นลึกลับและไม่มีใครรู้ว่ามันคืออะไร พวกเขารู้ว่ารังสีบางชนิดมาจากแคโทด (ใย) และมีประจุลบที่เปล่งออกมาจากแคโทดเช่นกันเนื่องจากกระแสไฟฟ้าไหลผ่านวงจรระหว่างหน้าจอและแคโทด
ในการทดลองครั้งที่ 1 ของทอมสันเขาต้องการดูว่าเขาสามารถแยกประจุลบออกจากรังสีได้หรือไม่ เขารู้ว่าวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าสามารถถูกเบี่ยงเบนได้จากแม่เหล็ก (Michael Faraday ค้นพบสิ่งนี้และเป็นทฤษฎีของแม่เหล็กไฟฟ้า)
ทอมสันติดตั้งหลอดรังสีแคโทดด้วย แต่วางแม่เหล็กไว้เหนือเส้นทางของรังสี เขาพบว่ารังสีโค้งงอและประจุลบก็โค้งงอเหมือนกันทุกประการ
ในการทดลองครั้งที่สองเขาต้องการดูว่ารังสีจะโค้งงอต่อหน้าสนามไฟฟ้าหรือไม่ซึ่งเป็นสิ่งที่คุณคาดหวังสำหรับอนุภาคที่มีประจุ เขาพบว่ารังสีโค้งงออย่างแน่นอนและในทิศทางที่คาดว่าจะมีประจุลบ นี่เป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากมันแสดงให้เห็นว่ารังสีนั้นไม่เหมือนกับลำแสง แสงไม่โค้งงอโดยสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก
ในการทดลองครั้งที่ 3 เขาต้องการดูว่าเขาสามารถวัดอัตราส่วนมวลต่อประจุได้หรือไม่ (มวลหารด้วยจำนวนประจุ) ในการทำเช่นนี้เขาวัดว่าสนามแม่เหล็กถูกเบี่ยงเบนไปมากแค่ไหน เขาพบว่าอัตราส่วนมวลต่อประจุต่ำกว่าหนึ่งเท่าของไฮโดรเจนไอออน (H +) มากกว่าหนึ่งพันเท่าโดยบอกว่าอนุภาคนั้นเบามากหรือมีประจุสูงมาก
อันที่จริงแล้วมันมีน้ำหนักเบามากและมีประจุไฟฟ้าเท่ากับไฮโดรเจนอิออน แต่ก็ตรงกันข้ามเพราะมันเป็นลบ