118. Scariche nei gas rarefatti. — Molto più interessanti sono i fenomeni offerti dalla scintilla in un gas rarefatto, e che hanno presentato ai fisici materia indefinita di studio. Anche qui noi dobbiamo limitarci a dei brevissimi cenni.

Per l’investigazione di questi fenomeni si ricorre a dei tubi di vetro, che hanno avuto le più svariate forme; in essi si produce la rarefazione con le pompe già descritte, e si dà accesso alla scarica per mezzo di elettrodi metallici di diverse forme, comunicanti all’esterno con fili saldati a chiusura ermetica nel vetro. Si possono studiare, come nell’aria, o le correnti continue dovute a batterie di pile di assai elevata tensione, ovvero le scariche istantanee dei conduttori elettrizzati, come i poli della macchina elettrica o di un altro apparecchio che noi studieremo; è questo il rocchetto di Ruhmkorff, destinato a produrre delle brusche differenze di potenziale di breve durata, susseguentisi a intervalli più o meno rapidi.

Un primo effetto constatabile è la maggiore facilità con cui la scarica passa nel tubo a misura che si procede nella rarefazione; viene richiesta cioè una minore differenza di potenziale che non all’aria libera. Vale in proposito una legge importante dovuta a Paschen: Diminuendo la pressione, e aumentando in corrispondenza la distanza degli elettrodi, in modo che il loro prodotto resti costante, la differenza di potenziale richiesta per la scarica resta pure costante; cosicchè gli stessi 4800 volta occorrenti per produrre una scintilla tra due palline disposte a 1 mm. di distanza nell’aria alla pressione atmosferica basteranno per produrre una scintilla di 1 metro alla pressione di di atmosfera. Se invece si tiene costante la distanza degli elettrodi, al diminuire della pressione diminuisce in principio la differenza di potenziale occorrente per la scarica, raggiunge un valore minimo per una pressione detta pressione critica, e poi torna ad aumentare.

Il valore della pressione critica dipende dalla distanza degli elettrodi, ed è all’incirca inversamente proporzionale a quella distanza; cosicchè quanto più son vicini gli elettrodi tanto più presto si raggiunge la pressione alla quale la differenza di potenziale ha il minimo valore.

Risulta poi dalla legge di Paschen una conseguenza importante. In ogni caso la differenza di potenziale varia nello stesso senso aumentando la pressione, o aumentando la distanza; e viceversa. E poichè al di sotto della pressione critica un aumento della pressione produce, come si è detto, una facilitazione nel passaggio della scarica, lo stesso effetto si otterrà aumentando la distanza; si ha allora questo fenomeno paradossale, che cioè la scarica passa più facilmente, nello stesso ambiente, allontanando gli elettrodi.

Il valore della pressione critica p nell’aria, che dipende come si è detto dalla distanza d degli elettrodi, è dato all’incirca dalla formola

nella quale se d è espresso in mm., p viene calcolato in mm. di mercurio; così se gli elettrodi sono a 10 mm. di distanza quella pressione risulta di 0,6 mm.

A misura che per la rarefazione si modifica la differenza di potenziale occorrente alla scarica, delle importanti modificazioni si osservano nell’aspetto della scintilla entro il tubo. Essa va perdendo il carattere di un tratto sottile, biancastro; ma si va sempre più ingrossando, fino a invadere un grande volume compreso tra gli elettrodi, con delle colorazioni violacee. Le successive modificazioni, dipendenti dalle circostanze sperimentali, non sono facilmente descrivibili.

Ma non possiamo far a meno di mettere in luce certi caratteri generali, che si ritrovano in tutti i casi, e che hanno, come vedremo, una grande importanza.

A misura che aumenta la rarefazione la luminosità interna al tubo sembra staccarsi dal catodo, lasciando intorno a questo solo un’aureola (fig. 143, n°. 1); resta invece aderente all’anodo, e perciò le si è dato il nome di colonna positiva; tra la colonna positiva e l’aureola si vede uno spazio oscuro, detto spazio oscuro di Faraday. Aumentando ancora la rarefazione (come al n. 2) la colonna positiva si allarga accorciandosi sempre più, mentre l’aureola invade l’intero catodo e aumenta lo spazio di Faraday; poscia (n. 3) l’aureola si stacca dal catodo, che viene rivestito da un’altra aureola più tenue, separata dalla prima dallo spazio oscuro catodico, mentre lo spazio di Faraday si estende e la colonna positiva si accorcia sempre più. In generale in diversi di questi casi la colonna positiva è anche stratificata, cioè costituita da una successione di strati luminosi o oscuri. Per grandissime rarefazioni lo spazio oscuro invade quasi l’intero tubo, resta solo l’aureola sul catodo, ma insieme diviene vivissima una bella luce verde emessa dalle pareti del tubo di vetro, che si era già manifestata in misura crescente anche nei primi stadi.