120. Interpretazione del fenomeno della scarica a basse pressioni. — Abbiamo detto che le scariche sono correnti autonome di breve durata, dovute alla copiosa produzione di nuovi ioni in virtù dell’urto degli ioni esistenti, che animati per effetto del campo da grande velocità, incontrano lungo il cammino gli atomi neutri del gas.

È chiaro, intanto, che con la rarefazione, facendosi le molecole più diradate, e aumentando perciò la lunghezza del libero percorso di ogni particella tra due urti consecutivi, (vol. I § 98) un ione soggiacerà più a lungo, senza essere arrestato, all’azione acceleratrice del campo, e acquisterà perciò prima dell’urto una maggiore velocità, e con essa una maggiore facilità di ionizzare la molecola che incontra nel suo cammino. Basterà quindi un campo più debole per provocare la intensa ionizzazione caratteristica della corrente autonoma o della scarica. Così quando la lunghezza del libero percorso si raddoppia, per la riduzione della pressione a metà, basterà un campo d’intensità metà per rendere un ione atto all’autoionizzazione, e perciò a pari differenza di potenziale si potrà raddoppiare la distanza degli elettrodi. La legge di Paschen viene così giustificata.

Si è potuto riconoscere, con una serie di argomentazioni svolte specialmente da J. J. Thomson a cui essenzialmente si deve questa teoria della scarica, che gli elettroni già esistenti nel tubo in piccolo numero, o emessi addirittura dal catodo, acquistano la velocità necessaria, per provocare la ionizzazione delle molecole che incontrano, proprio entro lo spazio oscuro catodico. I nuovi elettroni creati si muovono nello stesso senso, e danno origine, dopo lo spazio oscuro di Faraday, a una ionizzazione continua o intermittente nella colonna positiva continua o stratificata.

Invece gli ioni positivi generati nel secondo strato si muovono verso il catodo, aumentano di velocità traversando lo spazio oscuro catodico, e giunti alla prima aureola, quella in contatto col catodo, hanno già una velocità sufficiente per dar luogo anche loro alla ionizzazione, creando così i nuovi elettroni che devon continuare il processo, e costituire il flusso permanente di raggi catodici.

Adunque nelle due aureole avverrebbe essenzialmente il processo continuo di ionizzazione che fornisce gli ioni occorrenti alla scarica. Quanto agli ioni positivi viaggianti verso il catodo, e che vanno acquistando una notevole velocità, essi finiranno col cadervi sopra, generando forse con ciò nuovi elettroni strappati al metallo; e se il catodo è forato potranno anche passare al di là, costituendo i cosiddetti raggi canali, i quali appunto, come si è dimostrato con la loro deviabilità magnetica ed elettrica (che è inversa e più piccola di quella dei raggi catodici), risultano da particelle aventi all’incirca la massa degli atomi materiali, e una carica positiva; sono cioè atomi materiali che han perduto un elettrone.

Quanto ai raggi catodici, essi continuano a propagarsi nel tubo anche dopo oltrepassato l’anodo, cioè anche dove il campo elettrico non esiste più, in virtù della velocità enorme acquistata; così come fa un proiettile dopo che abbandona la canna del fucile entro la quale ha subito l’azione acceleratrice. Se la rarefazione è molto grande, e gli elettroni non incontrano molte molecole nel loro cammino, si potranno propagare anche a grande distanza, possono traversare sottili lamine di metallo e passare in un secondo tubo, costituendo i raggi di Lenard, che hanno com’è naturale le stesse proprietà dei raggi catodici, pur essendo un po’ meno veloci; e possono infine, come riuscì appunto al Lenard, uscire dalla lamina di metallo addirittura nell’aria libera, ove però sono rapidamente arrestati dalle molecole d’aria molto fitte, provocando una intensa ionizzazione di queste, e altre azioni interessanti, come l’impressione delle lastre fotografiche ecc.

Tutti questi fenomeni, scoperti sperimentalmente prima della teoria degli elettroni, apparivano incomprensibili, e diedero luogo alle più fantastiche spiegazioni; invece essi rientrano nella maniera più soddisfacente nel quadro dell’interpretazione elettronica.

E così tenendo conto dell’autoionizzazione e degli effetti dovuti ai solidi incandescenti, si spiega il funzionamento dell’arco elettrico, di cui noi ci occuperemo, solo dal punto di vista delle applicazioni, più in là.