无数的电子在人们所生活的物质世界里运动着。当电子还没有离开原子以前，它们经常不息的进行着三种不同的运动：在围绕原子核轨道上的“公转”运动；在这轨道上的“自转”运动；和极不规则的“热”运动。但是我们又晓得整个原子对外是不显电性的；除了几种物质（如铁、钴、镍）的原子外，很多其他物质的原子对外都不显磁性。结果电子的这些运动，大多数表现不出什么实际的效用。如何能把电子运动加以控制和利用，使它们能做有效的工作，为我们服务，在人类征服自然的历史上，一直是个极重要的课题。
控制或利用电子的运动，现代的科学已经有多方面的可能性；应用到无线电里的基本方法是：使它们在原子内部的运动效果表现出来成为“磁”；使它们离开原于的约束，变为睿易控制的自由电子。因此我们先来谈谈“自由电子”和“磁”这些方面的问题。
自由电子
一切能够导电的金属里面都有不受原子核约束的自由电子，所谓“电流”事实上就是这些自由电子的流动。为什么一切金属里都有自由电子存在呢？原来一切金属的原子结构上都有一种特点，就是围绕原子核运转的最外一层轨道的电子数量很少，而且多数活动性大的金属只有一个这样的电子，这种电子从无数物质的化学分析中已经证明是最容易离开原子的电子，所以在任何化学作用里金属原子都失去最外一层的电子而带正电。外层的电子数愈少，愈容易离开原子。层数愈多，最外一层离开原子核愈远，它上面的那一两个电子自然就更容易脱离原子。我们试看下面几种金属原子的结构，就会得到更清楚的概念：从图1我们看出像钾、钠和锂这些金属原子都容易失去它们外层的电子，而且钾比钠容易．钠又比锂容易，此外铷的原子有五层电子轨道，绝的原子有六层，最外一层都只有一个电子。所以铷比钾又容易失去电子，而世界上已知的导电最好的金属绝又比铷更容易，可惜这些金属，都很活泼，容易氧化或和水起作用，改变性质，一般不用来做导电物质，我们常用的导体是铜，铜的原子，电于轨道层数比较少，而且最外一层有两个电子，失去电子的容易程度，不如这些金属。但是铜原子也是较易失去电子的；一块铜里面的自由电子虽远不如一块绝里面多，但一方面它不像这些金属那样活泼，容易起化学变化，另一方面有了自由电子后在铜里面极容易通过，因此铜的导电能力也很强，在导电性能上银也比铜好，但价值太贵，铁比铜价钱便宜，但导电能力远不如铜，所以从经济而实用着眼，我们选择了铜做传电物质。
外层电子有离开金属原子的可能，是因为这些外层电子有除了轨道运动以外的不规则运动。这种不规则的运动加剧，电子就有可能“跳”出原子。电子一旦“跳”出原子后的环境怎样呢？我们可以用图（2）来说明：图2示一块金属物质里面的结晶结构（结晶可以看成是由固体物质的原子按一定的形式排列起来而成的—些微小的金属物质，整块的物质是由许多结晶构成的，不同的物质，晶体结构形式还有所不同）。图里面的“”代表除了最外层以外的原子结构，金属原子的最外层电子在每个晶体里面。可能从一个原子跑到另一个原子，也可能在不受任何原子束缚的地位。假想有一个电子跑到了“a”处，四围原子对它的作用力相等、结果等于根本没有受到作用力一样，成为完全自由的电子。另一个电子跑到了“б”处，它还有可能被离开最近的原子吸去，成为那原子的外层电子，然后立刻又“跳”出来。所以平均起来，在金属晶体结构里面的原子之间，有很多没有约束的自由电子。
利用这些自由电子的方法很多，但首先要让它们运动起来。图3就是产生电子运动的一种方法。图里面发电机的工作原理我们暂不多谈，它的作用就是像抽水机似的能够继续不断的把电子从一端“抽”到另一端，所以在图上保持上端显电的正性，下端显电的负性。结果，上端对金属导线里的自由电子有吸力，下端有斥力，使得这些自由电子顺着箭头的方向运动起来，通过一个又一个的金属结晶，这就是电流。
有了电流以后，正像我们所熟悉的那样，在不同的用途上可以产生“磁”，发生热或光，运用适当还可以产生无线电里的辐射现象。把人们的声音送到几千里甚至几万里以外，所以金属物质里面的自由电子，我们已经有办法使得它们运动，同时还可以控制和利用它们的运动为我们工作了。
热放射
另外的一种自由电子，就是根本离开了物质的空间电子。无线电所用的电子管里，就经常从灯丝或阴极的金属物体表面放射出这种电子来。产生这种电子也可以说是将金属里面的自由电子有效利用的一种重要方式。为什么要用金属物质来充放射体呢？主要的是因为金属里面有自由电子，被放射出来比较容易。产生这种放射的方法，在电子管里是靠加热到灯丝上，所以也叫做“热放射”。
做无线电工作的人都离不开电子管，最简单的电子管有两个极，一是阴极或灯丝极，一是屏极（图4）。阴极加热后是产生空间自由电子的来源，屏极上加上正电压，也就是设法使得它带正电，便可吸引电子通过管内的空间跑到屏极上去。比较复杂的电子管，可能有三个极到八九个极，每极都有它的用途，而产生空间自由电子的来源都是靠阴极。这里且不谈电子管的各种功用，但是我们首先要弄懂热放射现象。
“热”是什么？它是物质分子运动“能量”的集中表现，也就是热能的表现。什么是“分子”？分子就是把物质分成再不可分而还保持它的固有性质的最小颗粒（图5）。有些分子是同样的原子几个结合而成的。例如氧气的分子就含着两个氧原子，有些分子是几种不同的原子结合而成的，例如蓄电瓶里的硫酸，就含着氢、氧和硫三种不同的原子。换句话说，分子是由原子相互结合所构成的，有多少种不同的物质，就有多少种不同的分子，分子的种类虽多，但原子的种类不过90几种。
因为热是分子运动的结果。分子的运动是极不规则的，温度愈高这种运动愈猛烈，温度低这种运动就比较缓慢。
固体加热，分子就动荡得很利害，渐渐不能维持原来的形状变为液体。再加热，分子运动更猛烈，就化为气体（图6）。我们要打算从阴极金属固体物质里放出电子来，所需的温度一定要比阴极金属物质熔化的温度低得多，我们可以想到加热的结果，不仅分子加速了它们在物质里面的不规则运动，还同时加速了金属里那些自由电子的不规则运动，这种运动和上面所说的相当于地球的公转和自转的有规则的运动是不相同的，它代表物质所含热能的一部分，也就是热运动。物质受热，一部分热能给了电子，电子受激发而运动，因为电子比分子小，所以受热以后影响运动速度最大，远在分子的速度还不够产生融熔以前，物质表面的电子就有可能被蒸发出来，脱离了物质跳到空间，变为空间的自由电子。
电子离开金属物质表面也不是很容易的。在电子刚离开的金属表面，会显出正电来，对电子的拉力很大，可能把它拉回金属表面。所以必须要有足够的热能，使电子能克服金属表面的拉力，才能使电子放射出去。电子在金属里面不规则运动的速度还不够大以前，并没有放射现象，热到一定的温度，运动速度够了，就大量产生放射，这个温度，我们叫做“临界温度”。不同的灯丝或阴极金属物质有不同的放射临界温度。电子管里有许多特制的阴极，放射电子所需温度很低，我们只要间接加热（又叫傍热），就可以发出足够的电子。还有放射温度较高的灯丝，要往这种灯丝直接通过电流，让它发热，才能产生足够的电子。这里值得注意的是：金属物质加热可以放射电子，所谓“热放射”就是电子吸收了外加热能，发生不规则运动的必然结果。
同样道理，我们把光线射到物质表面，就是把光的能量给了物质表面的电子，局部的电子也会就地跳到物质外面来（图7）。除此以外，电子用很快的速度冲击到某种金属物质表面上（如电子管的屏极上），就会把动能给了被冲击处的电子，帮助它们从金属物质表面跳出来。有时一个电子打击上去，会飞出几个电子来，这种现象，叫做二次放射（图8）。在了解热放射的道理后，其他电子的活动现象都比较容易理解。例如电子用很快的速度冲击气体分子时，就可能把运动能量给了气体分子里面的电子，脱离它所在的分子。一方面放出电子，一方面产生缺少电子的分子，也就是“离子”，这就是电离的某本原因。
在无线电技术里，由于我们能够控制和利用这种热放射所产生的空间自由电子，才有了今天无线电为人类服务的奇迹，在许多真空度较高的电子管里，电子被发射出来后受带正电的屏极的吸引，起着各种听候我们使唤的作用；在充气的电子管里大量的电子和离子，通力合作起着控制、整流、稳压等作用；在一种阴极射线管里，电子打击着荧光幕显现出各种的颜色，可以充指示器或表现圆形，雷达就是用这种电子管来追踪敌机的。金属里面的自由电子和空间自由电子的控制和利用，对无线电的关系太密切了。我们今后还要不断的谈这方面的问题，这里不过是一个开端罢了。（沈肇熙）