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TRASFORMAZIONI DELLO SPETTR0 DELL' ARCO ELETTRIC0 CANTANTE

Memort'a del ~ott. M. LA ROSA.

In una nora p r e l i m i n a r e l), pubblicata sui Rendiconti della R. Accademia dei Lincei, ho accennato alle modificazioni noteroll, che subisce Io spettro di un arco elettrico, quando viene posto nelle condizioni, in cui si ottiene il fenomeno dell' a r c o cantante, cio~ quando a,i poll dell'arco v e n g a derivato un circuito di piccola resistenza, e dotato di capacit~ e d' induttanza. I valori delle costanti elettriche di questo circuito possene essere molto s v a r i a t i ; in particolare ~ possibile r i d u r r e piccolissima la sun induttanza i), in Inodo che esso non possied~ pifi periodo proprio d' oscillazione. I[ fenomeno che si osserva iu queste condizioni, differisce, per molti particolari, dall' arco c a n t a n t e di Duddel; si accosta invece a quei fenomeni ottenuti dal Pro['. Righi s), d e r i v a n d o un condensatore ai poll di un tubo a "~uoto, eccitato da u n a c o r r e n t e continua ad alta t e n s i o n e ; e pub essere r i g u a r d a t o come l' ultimo t e r m i n e di una serie estesa di modificazioni graduali. In questo lavoro sono riferiti pifi e s t e s a m e n t e i risuitati dello studio dello spettro emesso dall' arco cantante, in condizioni molto diverse, e sono poste in relazione le modificazioni spettrali con i principali elementi del fenomeno elettrico, al fine di t r a r n e quaiche utile conclusione sulle cause delle modificazioni medesime. Le p r i m e osservazioni furono fatte con uno spettroscopio Dubosq a due prismi, a c e u r a t a m e n t e tarato per mezzo dello spet~ro d' arco del mercurio, degii spettri dell' idrogeno e dell'elio, 1) Vol. XVII, sor. 5a, 1' sere., pag'. 2~0, 1908. 9) La Rosa M., Bend. Ace. Line., XVI pag. 112, 1907. 8) Righi, Rend. Aec. Bologna, Ann. 1901-02.

204

M. LA nOSA

e degli spettri di scintilla (con induttanza sufficiente per sopprim~r,~ le righe dell' ~ria) fra elettrodi di cadmio, zinco, rame, piombo, stagno. II riconoscimento delle righe di questi spettri fu fatto con l' aiuto dell' atlante spettrale dei sigg. Hagenbach e Konen. La c u r v a di dispersione era sufficientemente esatta pet' la determinazione delle lunghezze d' onda fino ad una uuith AngstrOm; ahneno nella regione pifi rifrangibile, in grazia della maggiore dispersione. Accertate le modificazioni notevoli, che avvenivano hello spettro dell' arco, quando ai suoi poll si attaccava un condensatore di grande capacitY, intrapresi lo studio spettrografico, per poter acquistare una conoscenza sufficientemente esatta della u a t u r a e dell' entits di tall modificazioni. D i s p o s i z i o n e o t t l c a . - - La lampada ad arco da me impiegata aveva la forma di un ordinario spinterometro : cio~ risultava di due colonnine di vetro, che sostenevano i portac a r b o n i ; l' una fissa, l' ultra mobile per mezzo di vite. Merc~ un' opportuua disposizione si poteva, a piacere, fissare la posizione dell' arco lungo la verticale, su cui giacevano gli assi 4el carboni. Come spettrografo ho adoperato lo stesso apparecchio Dubosq, sostituendo pero at connocchiale una lente acromatica (L in fig) di un metro di distanza foca[e. Al di I~ di questa lente, era disposta una camera fo,ografica 18 • 24 (G), pr.ivata del suo obbiettivo. Essa era stata modificata in modo che i[ telaio posteriore, reso girevole attorno ad una normale alla base, poteva assumere, e m a n t e n e r e invariata, qualunque incliuazione rispetto alla parete anteriore. P e r mezzo di schermi adatti fu accuratamente esclusa dalla camera fotografica ogni traccia d i l u c e falsa. Un obbiettivo (0), di 14 cm. di distanza locale, serviva a proiettar~, l' immagine dell' arco sulla fenditura del collimat o r e ; esso era montato su un sostegno suscettibile di piccoli Spostamenti in altezza e laterali. Inli,~e coa una lente (L~). di 5 cm. di distanza focale, si pnteva fal, c o n v e r g e r e , fra i due carboni della lampada (A), un fascio di raggi solari, che p e n e t r a v a nella stanza, attraverso

SPETTRO DELL' ARCO ELETTRICO CANTANTF,

~O05

ad un foro (B) di 5 mm. di diametro, propagandosi nella direzione dell' asse de! collimatore. Cosi, senza nulla m u t a r e nella disposizione ottica i m p i e g a t a per l' arco, si poteva facil-

Fig. 1.

m e n t e o t t e n e r e la fotografia dello spettro solare, che s e r v i v a a t a r a r e lo spettrografo.

DtspoMzione e l e t t r i c a . - L' arco e r a prodotto fra due carboni ~)mogenei, del d i a m e t r o comune d i l l ram., disposti v e r t i c a l m e n t e ; ed e r a alimentato da un circuito p r a t i c a m e n t e non induttivo, c o m p r e n d e n t e un re()stato a lampade ed un a m p e r o m e t r o , rilegato ai poll delia rete elettrica urbana, con 150 volt di tensione. P e r o t t e n e r e il fenomeno oscilIatorio si d e r i v a v a ai poll di quest' arco, o un c o n d e n s a t o r e da 20 microfarad, con le sottodivisioni 10 e 10 ; o v v e r o un altro condensatore da 10 mL, con le sottodivisioni 5, 2, 2. I ; o v v e r o l' uno e l' altro riuniti in superficie. Le connessioni e r a n o fatte con due pezzi di cordoncino di r a m e (diametro 2 ram), che insieme non r a g g i u n g e v a n o la lunghezza di un m e t r o ; ed e r a n o con ogni c u r a intrecciati, in modo da r i d u r r e piccolissima la loro induttanza (non superiore ad un migliaio di centiinetri).

~06

M. LA ROSA

Per studiaxe lo spettro dell' arco nel r e g i m e di Duddel, si introduceva in serie col condensatore, o un rocchetto, con un solo strato di filo di rame, cho a v e v a le costanti : R_0,14

ohm

L - - 0 , 0 3 2 . 1 0 -s h e n r y

ovvero un rocchetto a tre strati con ie seguenti costanti ; strato 1~ R - - - 0 , 3 5 ohm >> 2o 3o R - - - 0 , 6 6 ~ )> 1' 26 3o R ~ I , 0 1 ,

L ~ 0 , 6 9 3 . 1 0 -~ h e n r y L--2,3(~7 >> >> L - - 5 , 2 2 7 >> )>

Infine, per confrontare gli spettri dell' arco ottenuti helle diverse condizioni del circuito derivato ai suoi poll, con lo spettro della scintilla fra i medesimi pezzi di carbone, si toglievano le comunicazioni del circuito elettrico sopra detto con la lampada ad afro, e si rilegavano i due carboni alle a r m a t u r e di due bottiglie di Leyda, ciascuna di 500 cm. circa di capacitY, riunite in superficie. Questo condensatore era caricato con un rocchetto d' induzione da 15 cm. di scintilla, eccitato da una corrente di 6 amp., i n t e r r o t t a da un i n t e r r u t t o r e Foucault, circa 10 volte per secondo. Nel eircuito di carica era introdotta una scintilla di 3 cm. ; la distanza esplosiva fra i due carboni era 0,3 cm+ circa. Studio ottlco. - - Col procedimento c o m u n e m e n t e impiegato (del cannocchiale adattato a distanza infinita), fu p o r t a t a la fenditura esattamente nel piano locale dell' obbiettivo del collimatore; e con l' aiuto di un piccolo schermo di carta (su cui erano segnati due diametri ortogonali, uno dei quali parallelo ai bordi della fenditura}, ben adattato su questo, si dispose l' asse del coilimatore esattamente nell~t direzione del fascio solare che p e n e t r a v a dai foro B. Sul cammino del fascio furono quindi interposti la lento L l e l' obbiettivo 0. nella posiziono conveniente, perch~ t' immagino del sole si formasse ben centrata sul piano della fenditura. Le distanze tra la fenditura e l ' o b b i e t t i v o O, e tra questo e I' arco, erano state stabilite in modo, che l' imagine di questo fosse all' incirca tre volte il v e r o ; cib per ottenere che attraverso alia fenditura, di c u i l ' altezza era stata ri*

SPETTRO DELL'ARCO ELETTRICO CANTANTE

207

dotta a 2 ram. circa, peneteasse esclusivamente la luce proveniente dall' arco (e non quella dei carboni), anche quando quesfo a v e v a appena la ]unghezza di un millimetro. Fissate le posizioni di L, e di O, era facile t e n e r e l' arco e s a t t a m e n t e sull' asse comune di queste lenti e del col[imatore. F i n a l m e n t e si disponeva, nella dicezione dell' asse del faseie e m e c g e n t e dai prismi, l' asse ottico della lente L, che s e r v i v a a p r o i e t t a r e lo spettro suIla lastt'a di v e t r o della camerzt fotogcafica. Questa lastra e r a t r a s p a r e n t e , e le imagini f o r m a t e sulla sua faceia anteriore, v e n i v a n o osservate mediante un oculat~e, adattato p e r la netta visione di una sottile linea incisa su questa faccia. La posizione di q~,esta lastra si stabiliva osservando lo spettro solare; poichb le linee di Ft'aunhofer, a motivo della loro g r a n d e sottigliezza, si p r e s t a v a n o assai meglio delle righe e bande luminose dello spettro dell' arco. Nella m a g g i o r parte delle for (ed in tutte quelle rip/'odotte) furono usate last~'e ortoscopiche Jougla, in m a n c a n z a delle Perutz specialmente consigliate; esse furono t r a t t a t e con rivelatove a l l ' i d r a m m i n a diluito, che in virtfi della sua lentezza pel"metteva la correzione dei difetti di posa, dentl~o limiti abbastanza ampi. La l'egione spetLvale fotografata b comp~'esa fca le lunghezze d' onda ~. ~ 5896, e ;~--3964 ( D e d H dello spettco solace). Perb, a causa della notevole dispersione, le p r o v e furono fatte in due tempi: in un primo fu fotografata la cegione fca le lunghezze d' nnda 5896 e 4530, ed in un secondo quella fra 473'} e 3964. P e r ciascuna regione t'u presa una n u m e c o s a serie di fotogcat]e, coJ'rispondenti a condizioni molto svar~iate dell' arco, ed alcune alla scintilla fra i medesimi pezzi di carb(me. Ciascuu~ secie di fotogr'afie fu preceduta e seguita dalla ripr'oJuzioue della cocrispondente regione dello spettro solace, almeno in doppio esemplare : cib serviva, oltre che p e r i necessari confJ'onti, per assicucat'si che inaIterate e r a n o rimaste le posizioni delle diverse patti dei sistema spettl'ografico, nelLa cipl~oduztone degli spettri di una stessa seNe. Ser(e V. VoL XVTI.

16

208

M. LAROS&.

Nella tavola I sono riprodotte alcune fotografie della p r i m a regi,)ne, e nella tavola II le corrispondeuti della seconda, disp~ste nel medesi,no ()['dine. Quelle col n u m e r i 27, 58 rappresentano lo spettro dell' arco contiuuo, quelle col h u m e r i 43, 46 lo spettro della scintilla; tutti gli altri sono spettri dell' arco cantante. Le costanti elettriche del circuito d e [ i r a t e sono segnate al m a r g i n e (tar. I I ) ; e resta solo da a v v e r t i r e che per' i ram. 26 e 54 1' iutensit~t della c o r r e n t e d' alimentazione fu 3 amp., m e n t r e per tutti gli altri fu di 4 amp. circa. La lunghezza dell' arco non fu, nei diversi casi, la stessa, sia perch~ sarebbe state diflicile soddisfare a questa condizione, sia perchb~, in corrispondenza alle diverse condizioni del circuito derivato, ii regi.me oscillatorio si stabiliva in mode migliore, per lunghezze dell' arc() diverse t r a lore. Le durate di posa, d i p e n d e n t e m e n t e dalla diversa luminosit~ dell' arco e dalla sua stabilitY[, v a r i a v a n o t~ra 1 e 5 minuti ; per gli spettri di scintilla occorsero invece delle pose molto pid lunghe. Nelle fotografie della prima serie, fu interposto sul cammino dei r a g g i un r e [ r e debohnente colorato in giallo, per o t t e n e r e una m a g g i o r e uniformit'~ d impressione. Nella d e t e r m i n a z i o n e della lunghezza d' onda delle diverse r i g h e (fat[a, come si disse, per confronto con lo spettro solate), s' itnpieg5 la magnifica c a r t a fotografica del Rowland ed una buena m a c c h i n a a dividere P e r r e a u x Risultati. -Le foiografie riprodotte m o s t r a n o n e t t a m e n t e la trasfi)rmazione dello spettro d' arco in quello di scintilla, che a v v i e n e quando ai poli dell' arco elettrico si deriva un circuito dotato di grande capacit/t e d' induttanza trascurabile. Questa t r a s i b r m a z i o n e a v v i e n e in mode graduale, quando, mantenend~) co~taute e piccolissima 1' induttanza del circuito derirate, si fa g r a d a t a m e n t e crescere, a p a r t i r e da uno o due micsofarad, la capacit'~ del condensatore. Cosi nei num. 26 e 54 (capacit'~ due micro['.), si r e d o n e conservati tutti gli elementi caratteristici dello spettro d' arco, quail le bande 5632, 5165, 4737, 4382 del carbonio, e le bande del cianogeno 4604, 4216, quasi con la medesima intensit'~ che

SPETTRO

D E L L ' ARCO E L E T T R I C O

CANTANTE

209

hanno nell' a r c o ; m e n t r e d' altra pa['te cominciano a compar i t e aleune righe dello spettro di scintilla del carbonio, come le 5133, 5145, 5151, 4267, fra le quali l" ultima gi~ brillantissiren, alcune righe dello spettro dell' aria, fra le quali molto brillanti le 5676, 5006, 5011, 4242, 4237, 3995; e contempor a n e a m e n t e si vedono rinforzate alcune righe delle impurezze metalliche, che nello spettro di scintilla sono pifi intense che in quelle dell' arco. Nei num. 22, 53 (capacith 10 microf.), le bande del carbonio sono gih molto indebolite, ed indebolite notevolmente sono anche le bande del cianogeno, specialmente il gruppo 46q)4 (In coda 3984 del gruppo 4216 ~ quasi completamente scmnparsa) e predomina invece lo spettro di scintilla, con le righe del carbouio 5380, 5648, 5662, oltre alle precedenti, divenute molto brillanti, con numerose righe dell' azoto, dell' os+ sigeno, con la 6563 dell idrogeno (ottenuta nello studio spettroscopico preliminare) e con alcune righe d'impurezze molto rint'orzate, come la 5989 del sodio, che diventa molto slargata, e le 4227 e 3969 del calcio. Con la capacith di 20 microf. (num. 24,52) si pub dire, che lo spettro d arco si ~ i n t e r a m e n t e trasformato in quello di scintilla ~): si conservano, infatti, debolissime traccie di alcune batlde del cal.bonio (che, del resto, non semper mancauo completamente nell() spettro di scintilla), e le bande del cianogeno, molto imlebolite (che quasi semp~'e fanno parte dello spettro della scintilla). Accre.~cendo da 20 a 30 mirror, la capacitY, lo spettro ottenuto rimane sosta:~zialmente 1o stesso, salvo qualche leggera modificazione nell' inteusit~t dei diversi elementi. Se, in serie col condensatore di grande capacits si introduce un t+occhetto dotato d' induttanza, lo spettro si modifica, e ten,le a ripre~dere i caratteri dello spettro dell' arco continuo. C+>si i num. 39, 55 (capacith, 20 microf., induttanza 0,032 milliherny) mostrano notevolmente indebolite le righe del carl) Nelle fotografiie 43, 4 6 non si poss,mo osso?varo talune righo, specialmenfe le pih s,~ttdi del carhonio e dello impurozzo mutallicho: esse erano debolissime a caus~ dulla pLccolozza della scintilla.

210

M. LA ROSA

bonio, a n c o r a pifl indebolite, ed in parte estinte, quelle dell' a r i a ; m e n t r e sono tornate, o rinforzate, le bande dello spett r o d ' arco che e r a n o scomparse, o indebolite. Nell' insieme, 1' aspetto di questo spettro b molto simile a quello dei num. 26 e 54, che cr ad una c~fpacitA dieci volte pifl piccola. I m p i e g a n d o con la stessa capacith autoinduzioni a n c o r a pifi grandi, lo spettro diventa quasi identico a quello d e l l ' a r c o continue, come mosLrano le lbtografie 36, 56 e 37, 57, o t t e n u t e r i s p e t t i v a m e n t e con le induttanze 0,693, 5 , 2 2 7 milliherny, nelle quali si r e d o n e uu po' pig intense che nell' arco le bande del cianogeno, specialmente le 4216, ed alcuue righe d' impurezze, come le 3969, 4227, 4272 del calcio. Queste piccole differenze si o s s e r v a v a n o nell' arco pet-corse da c o r r e u t i tronco.sinusoidali (clog quando l ' a m p i e z z a delle oscillazioni era grande) e sc~)mparivano del tutto quando, accorciando c o n v e n i e n t e m e n t e l ' a r c o si passava al r e g i m e sinusoidale pure ~).

S t u d f o e l e t t r l c o . ~ P e r p e t e r passare alla discussione di questi risultati, b necessario dire poche parole sugli elementi elettrici prineipali del fenomeno dell' arco cantante, helle condizioni in cui furono f'atte le fotografie. L' esame fu pectate sulla forma, l' ampiezza ed il periodo delle cort,enti oscillanti nell' a r c o ; e sui limiti di variazione della differenza di potenziale ai suoi poli. Fo~'ma dells oscillazionf.Fu d e t e r m i n a t a pet" mezzo di un tube di Braun, eccitato da una macchina Toepler a 20 dischi. La deviazione del fascio catodico era prodotta da un rocchettino attaccato in serie con l' arco. Questo racchettino inevitabihr, ente a l t e r a v a le condizioni del sistema elettrico, influenzando il fenomeno oscillatorio. P e r r i d u r r e al m i n i m o questa perturbazione, si sacrifieS, pet' quanto fu possibile, la

1) Sui di~'ersi regimi doli'aleo cantante, cfr. Corbino, Atti A. E. I.~ vol. YII~ pag'g. 597~ 1903.

.SPETTRO

DELL' ARGO ELETTRICO

CANTANTE

211

sensibilith del metodo, impiegando un rocchetto di file di tame di appena 2,9 m i c r o h e n r y d ' i n d u t t a n z a 4). Gli spostameati del cerchietto fiuoresceute erano osservati con utlo spdcchio girante. La c u r v a della covrente nell' afro, quando iI circUito de. rivato non c o n t e n e v a induttanza, era simile a queila dellc schema qui a c c e n n a t o : il tratto orizzontale corrispondevz alla posizione che aveva il cerchietto, quando il vocchettin( non era percorso da co~'rente, e quindi l ' a r c o era spento; i] tratto a forma di angolo acutissimo corrispondeva ad una corr e n t e che a t t r a v e r s a v a 1' arco nel sense stesso della corrente d' alimentazione.

i

Fig. 2.

Da questo d i a g r a m m a risulta, che l' arco era acceso per un tempo bcevissimo dalla c o r r e n t e di scarica del condensatore, e si spegneva per un tempo notevolmente pifi lunge, d u r a n t e il quale la c o r r e n t e principale ricaricava iI condensatove. Variando la capacitii di questo, m u t a v a n o le durate di carica e di scarica e mutava anche iI love rapporto ; e precisamente a[ crescere della capacitY., la prima cresceva pifi rapidamente della seconda. Ampiezza delle osc~llaMonf. ~ Questo elemento, osserr a t e anche col tube di Braun, presentava delle variazioni repentine pifi o meno grandi, irregolari e senza cause apparenti, e delle vaviazioni regolaci dipendenti, a parit~ delle altre condizioni, dalla lunghezza dell' a r c o ; cosich6 pet- ogni valore della capacitb, e della c o r r e n t e d ' a l i m e n t a z i o n e si a v e v a 1) Non portal, to la presenza di q,lostf) roeche~to inflnenzava aneo,'a il fenomeno oseillatorio come si desumov~ dalla diminuzione, piccola ma apprezzabilo, dell'alt~zza del su,.no. Con un ampemmetro termi,'o potei anche rieavare ehe l ' i n t e n s i t k efficace nell ' a r c o voniva diminuita di quasi un decline (0,10 a 0,06) per l'introdnzione del rocchettino.

212

M.

LA

ROSA

una lunghezza dell' arco optima, per la quale l' ampiezza er~ massima i). Nel seguente specchietto sono riportate le ampiezze massime (A) in amp., relative ad una corrente d' alimentazione di 4 ampbre s), alia capacit'A (C), all' induttanza dei soil attacchi ed alle lunghezze optimae (e); queste sono espresso in uniter arbitrarie, e furono osservate, proiettando con una lente 1' immagine dell' arco sopra ufia scala pellucida graduata. I.

30

7,5

172,5

31,5

20 10

9 10,5

148,4 110,4

33,1 34,5

5

]2,5

79,3

35,6

2

9,5

48,3

34,3

I numeri dell' ultima colonna mostrano che le ampiezze massime, osservate per diffenti valori della eapacits si mantengono, con buena approssimazione proporzionali alla radice quadrata della capacitY. Le piccoie oscillazioni del rapporto A///~-sono, probabihnente, imputabili ai mutamenti nei valori limiti della d!ffereaza di potenziale, dipendenti dai cambiamenti di lunghezza dell' arco; si rileva infatti un andamento quasi parallelo tra questo elemento e que[ rapporto. 1)lf[erenza di potenziale ai poll dell' arco. Per queste determinazioni p()tb servire 1o stesso tube di Braun, perch~ reunite degli elettrod[ piani per la deviazione elettrostatica. Le deviazioni accusate, anche per differenze di potenziali notevoli, erano piccolo, e per poterle misurare fu necessario. 1) No! fare Iv fofografie dogli spettxi, si cercava di mantenere sempre i'areo in

quests condizioni di massima ampiezza, e cib si ottoneva con l'approzzamento deil'intensitb, do! suono. 2) Questa, per la capacit~ pih piccola, era ugualo a ,3 amp.~ coma precedentement~ fu anche avvortito.

SPETTRO DELL' ARCO ELETTRICO CANTANTE

213

r e n d e r e stabile la posizione del cerchietto fluorescente, eccitando debohnente il tube, e r i c o r r e r e ad un cannocchiale reunite di oeulare micrometrico. Ad una diitbrenza di potenziale di 150 volt, corrispondeva uno spostamento del cerchietto misurato da l0 girl e ~~ o del t a m b u r o del micrometro. Nel seguente specchietto sono riportati i limiti superiori delle differenze di potenziale ai poll dell' arco (potenziali di scarica) per le diverse capacit'A; i iimiti inferiori (petenziali residui) e r a n o s e m p r e di pochi volt, 10 all' incirca. II. C

u

30

120

20

125

10

130

5

110

2

95

Introducendo in secie col condensatore di 20 m i c r o f a r a d il ~'occhettino d' induttanza 0,0029, o l' altro di 0,032 millihenry, i limiti della differenza di potenziale v a r i a v a n o pochissimo. Con l' induttanza 0,693 milliheury, il potenziale di scarica passava da 125 a 115, e quello residue da 10 a 15 circa. Con iaduttanze pifl grandi, detti limiti t o r n a v a n o ad allontanarsi; cosi con 5,227 millihenry e r a n o un poco pig lontane che senza induttanza ( r e g i m e tronco-sinusoidale esagerato). Periodo.Come p r e c e d e n t e m e n t e fu avvertito, questo e l e m e n t o risultava di due p a r t i distinte, di diversa grandezza e d i v e r s a m e n t e influenzate da un m u t a m e n t o di capacitY. E r a molto difficile rilevare, dalle c u r v e osservate hello specchio girante, la dipendenza esatta delia d u r a t a di ciascuna p a r t e dalla capacits e dagii altri elementi e l e t t r i c i ; p r i n c i p a l m e n t e a causa dell' incessante e i r r e g o l a r e variabilith del t~nomeno oscillatorio. Per5 si poteva n e t t a m e n t e apprezzare che in tutti i casi (con induttanza trascurabile) la durata della fase di

214

M.

LA ROSA

scarica era minore della quarta parte della durata totale di un' oscillazione. I)ovetti percib limitarmi ad una .~tima approssimativa della frequenza n, determinando con un sonometro l' altezza del suono che l ' a r c o emetteva a preferenza. Ecco i humeri ottenuti variando la C, e per L trascurabile. III. C

~'~

30

5!00

20

6200

10

8000

5

] 1000

2

20000

Determinai anche i n u m e r i di oscillazioni che si avevano, introducendo in serie col condensatore delle induttanze. I seguenti sono quetli che si ebber'o colia capacit~ 20. IV.

trascur.

6200

0,032

1800

0,693

1000

5,222

400

Per le considerazioni che in seguito dovremo fare, ci occorre conoscere un limite inferiore della potenza media spesa nell' arco d u r a n t e ciascuna scarica del condensatore. C v~ La poteaza spesa nell' intero circuito ~ uguale a 2---/-' essendo v la differenza tra il petenziale di scarica e quello

SPETTRO

D E L L ' ARCO E L E T T R r C O C A N T A N T E

2]5

residue, e t la du~ata della scarica. Le differenze di potenziale v, pet' quanto p r e c e d e n t e m e n t e fu osservato, possono ~'itenel,si date in volt dai numeral riportati nella colonna v del quadro seguente. Come durata della sca~ica a s s u m e r e m o la l

quarta p a r t e del periodo, cio~ ~ ,

con ci5 o t t e r r e m o dei va-

iori della poteaza media pifi piccoli dei veri (e le differenze pifi notevoli c o m % p o n d e r a n n o alle capacitb, pifi grandi). D' a l t r a parte la l'razione dell' energia, dissipata nei brevi fill di congiunzione dell" arco con le a~'mature del condensatore, e r a c e r t a m e n t e molto pifi piccola della metS. '). Si pub quindi affermare, c h e l a potenza spesa n e l l ' a r c o (per L t r a s c u r a b i l e ) d o v e v a essere pifi g r a n d e dei valori P,~ - - C v~n scritto qui sotto, ed espressi in watt. V. c

v

P,,

30

110

1851

20

115

1643

10

120

1170

5

100

550

2

90

324

Come si x'ede, al crescere della capacit,~, ia potenza media c r e s c e sempre, pe,-5 meno ~'apidamente di essa. F u r o n o anche calcolati dei limiti superiori deile potenze medie spese nell' a~co quando il circuito derivato possedeva induttanza, per mezzo dell' e n e r g i a del condensatore (v, ampiezza della diffet~enza di potenziale sulle a r m a t u r e , fu misurata col metodo avanti detto) e del tempo di scarica ricavato daila f o r m a della c u r v a d ' i n t e n s i t h , osservata col tube di ]) L'energia dis~ipata nel circuito non ragglunge Is mef~t dell'energia complessiva, anche nelle scariche oscillanti, quando Is resistenza e I" induttanza del circuito di scarica non sono grandi in paragone con la capacitk. Cfr. BaLtelli e ,Magri, .Nuot'o Cio

n~ento, sei-. 5a~ vol. 3t~ pag. 262.

216

M. Lh ROS.~,

Braun, e dal valove della froquenza n. Nel quadro VI son(~ dati quelli velativi alle fotogvafie 39, 55; 36, 56; 37, 57. VI. L

v

Pm

0,032

115

620

0,6'*3

105

300

5, 222

100

ll0

$

$

')

*

La comparsa di alcune r i g h e dello spettro di scintilla irt quello dell' avco, sotto d e t e r m i n a t e condizioai, e stata gi~ vario volte osserva:a. I sigg. H a r t m a n n ed Ebevhard ~) notarono questo fenomeno negli spetU.i dell' at'co fi'a eIettrodi di silicio, magnesio, zinco, cadmio, alluminio, qu:,ndo esso v e n i v a prodotto sott' acqua, o in una c o , r e a t e d ' i d r o g e n o ; ed atWibuirono tale modificazi,)ne spettt'ale alia p,'e~enza di questo gas nel cammine atu'avecsat,) dalla covvente. Lo stes.~o Havtma~m, in un lavor'o successive 8), dimostrb la p,'esenza di cerle vighe di sci,ltilla, hello spettro di un arco alimentato con deboli c~)vventi, e pvodotto fva elettvodi di ma. gne.~io, di zinco, bist,uto e piomb~, nell' aria or-dinavia. Esse si vin~brzavatm n,tew~hnea~e, quando si f~tceva diminuive l ' i n tensit~ della com.e.,lte di alim~.utazione ; co~i p. es. l ' i n t e n s i t k della ciga 4481 del maguesi,, (spe~wo di scintilla) crebbe da 0,03 a 10, quando l'i[~te, n~it,h della covvente n e l l ' a v c o decrebbe (la 8 a 0,4 amp~ee. L ' A . vide in questi fatti una confevma della sua opiaione ('he, causa della modificazione fosse |) perch5 2) 3)

Ques~;o wtlore i~ pih pir'eolo d~)lla p,tonza data dal cireuito di alimentazione, I'~lrco era per,'or~o da *'orrent.e an~'he per buon~ parte del tempo di caries. Hart.matin e,1 Ebt~rhard. Berl. Rer., pag. 40, 1903. Hartmaun, Bet1. Rot., pug. 2.34~ 1903.

SPETTRO DELL' ARCO ELETTRICO CANTANTE

217

u n ' azione dell' ambiente (in questo case molto p e y o t e di va. po,'e) sulle particelle emittenti (ioni), e che la t e m p e r a t u r a dell' arco non dovesse intiuire sulla n a t u r a dello spettro emesso; concludeudo~le che l' emissione dell' acre dovesse consistere in u n fenomono di elettroluminescenza. Poco tempo dop,), il sig. Crew ') osservb la c o m p a r s a di alcuue r i g h e di scintilla nell() spettro dell' arco i n t e r m i t t e n t e p r o ioito fen elettrodi di magnesio, nell' aria a m b i e n t e ed in a l t r e a t m o s f e r e gassose, tutte le volte (e solo allora) che u n ' elevata e r~tpidamente vaviabile f. e. m. di autoinduziono v e n i v a destata, o soffiando l' arco, o modificando l ' i n d u t t a n z a del circuilo d' alimentazioue. E ritenne, c h e l a conll)arsa di r i g h e di scintilla, nolle spettro dell" arc() pr(,dotto sott' acqua o in una c o r r e n t e d' id,'ogeno fosse da attvibuire al fatto, che in queste a t m o s f e r e si producono facihnente variazioni molto rapide della tensione ai poli dell' arco e della c o r r e n t e che 1o attraver~a. R e c e n t e m e n t e i sigg. F a b r y e Buisson s) h a n n o notate la p r e s e n z a di righe di scintilla nello spettvo d' arco del f o r t e e di quaiche alton metailo (nikel, vame), nelle immediate vicin a n z e dei crateri. Essi ritengono che la condizione di emiss i . n e di queste r.ighe sia l' esistenza di una velocit~t gr~,ndissima del4e particelle emittenti, dovuta alia presenza di un campo elettrico intense, o forse al m o v i m e n t o di agitazione tern, ica. R i a s s u m e n d n : si pub ritenere, che tracce de[le r i g h e di scintilla si trovano presenti nolle regioni dell' arco immediat a m e n t e vicine ai due c r a t e r i ; tall righe, perb, si notano in tutto 1' arc(), sia quando ~ alimentato da una c o r r e n t e debole (e sono taut o pid intense quanto pi~t debote ~ questa); sin q u a n t o ~ soggetto a b,'usche ed intense variazioni di f. e. m ; sin quando ~ pro(lotto in particolari atmosfeve. Le cause c h e producono qt~este modificazioni (o fovse la causa unica) sono real definite dai diversi autori, e si )ossono r i g u a r d a r e come sconosciute 1) ('row, Astropb. Journ., 20, pag. 274, 1904. (Visto in sunto in mancanza doll' origm*de. 2) Fabry e Buisson, C. R., t. CXLVI, pag. 751, 1908.

218

M. La ROSA

Meglio studiata ~ la trasformazione i n v e r s a e gcaduale dello spettro di scintilla in quello d' arco. I primi lavori su questo i m p o r t a n t e a r g o m e n t o sono dovuti ai sigg. Schuster ed Hemsalech, e specialmente a ques t ' u l t i m o . In essi sono m i n u t a m e n t e e s a m i n a t e le modificazioni successive, che subisce Io spettro della scintilla (ordinaria) prodotta in un circuito con capacit'~ notevole e piccolissima induttanza, quando quest' ultimo elemento si fa crescere grad a t a m e n t e , i risultati di questi studi, rimasti classici, sono a tutti noti ed a me basra ricordace, che in complesso la modificazione prodotta dall' a u m e n t o dell' induttauza, tende ad avvicinat-e sempce pifi lo spettro della scintilla a quello dell'arco, prodotto fra gli stessi metalli. L" Hemsalech t) spiegb la trasformazione spettrale, come un effetto combinato della diminuzione dell' e n e r g i a spesa nella scintilla, e d a l l ' a u m e u t o delia durata delle oscillazioni; i a conformitY, del concerto che si e r a formato del fenomeno della scarica. Secondo questo concetto, la p r i m a oscillazione passerebbe a t t r a v e r s o all' aria interposta fra gli elettrodi, rendendola i n c a n d e s c e n t e ; le oscillazioni successive attravet'serebhero il vapoce che si svolge (allo stato incaudescente) dagli elettrodi, diffondendosi nellct spazio fra essi c o m p r e s o ; questa porzione di v a p o r e pifi riscaldata dalle oscillazioni emette~'ebbe le righe corte, caratteristiche dello spettro di scintilla (ritenute quindi di pifi alta t e m p e r a t u r a ) ; la porzioue r i m a n e n t e , che costituisce l ' a u r e o l a , e m e t t e r e b b e le righe lunghe, appartenenti allo spettro di arco. In a r m o n i a con ci5 egli ritenne : c h e l a scomparsa delle righe dell' aria, prodotta dall' acc r e s c i m e n t o dell' induttanza, fosse dovuta alla diffusione del vapore, che si svolge pifi copioso dagli elettrodi, nel c a m m i n o a t t r a v e r s a t o dalla scarica, p e r effetto delia pil:l lunga d u r a t a di ciascuna oscillazione ; c h e l a scomparsa delle r i g h e corte del vapore dipendesse dall' abbassamento di t e m p e r a t u r a , che n e c e s s a r i a m e n t o

1) Itemsaloeh,Beth.

exp. sur le spectre d'dtlnc.

Hermauu, Paris, 1901.

SPETTRO

DELL' A R C O

ELETTt/ICO CANTANTE

219

devono trarsi dietro l' a l l u n g a m e n t o del periodo, e la diminuzione dell' eneegia spesa helle scintilla; e che il rin%rzarsi delle righe d ' a r c o fosse dovuto ad uno acereseimento della t e m p e r a t u t ' a e della densith dell" aur e o l a ; sempPe in g r a z i a della m a g g i o r durata di tutto il feIlOmeBo.

I1 Prof. Puccianti '), in una sue pregevole Memaria, modifica queste couclusioni, fondandosi sopra una diversa interpretazione del fenomeuo della scarica osciilante, cicavata dell' esame dells belle futografie della scintilla, o t t e n u t e dai pPofessori l~attelii e Magri ~). Egli r i g u a r d a i fenomeni luminosi, che h a u n o luogo in seno a[ gas ed al vapore, come p r o f o n d a m e n t e diversi. Conside,~a l' emissjone del gas come un feaomenu di luminescenza elettrica, che segue fedelmente I' a m t a m e n t o delhi scarica helle ppima o helle prime oscillazioni, e che cessa nelle successive, a causa fo[:se del progressivo a u m e n t o di t e m p e r a t u r e della massa emittente. Attribuisce invece ad un effettn di e l e v a t e t e m p e r a t u r a l'etuissione del vapore, pe,'ch6 t r o v e che essa non segue I'and.amento della scarica, non viene r a v v i v a t a dalie scariche pal'ziali successive e si spegne lentamente, potendo a n c o r a dura,~e alcuui milionesimi di secondo, dopo c h e l a scarica 6 cessata. Egli spiega la modificazione prodotta da un a u m e n t o dell' induttanza nello spettro del vapore, come il risnltato di due effetti antagonisti : la diminuzi~ne dell' e n e r g i a dissipata nella scarica, che tende ad indebulire tutte le righe emesse; In sviluppo pi6 copioso di vapo['e, che ne accresce la d e n s i t s e quindi l'intensitA della luce emessa. Sulle righe coPte, che anche per questo A. sono di pih elevata t e m p e r a t u r a , do~,rebbe pPevalere iI primo effetto, sulle lunghe il secondo. Altri lavori sugli spettri delle scariche oscillanti sono do~;uti ai sigg. BePndt, Schenk, Neculcea, King ~). l) Puecianti, N. Cim, ser. 5a, vol 9, 1905. 2) Battelli e Magri, 1. c., oppure Ace. Scienze Torino; Mere, 2, 51 1905. 8) Berndl;, Diss. Halle, 19ol ; Sehenk, J. Hopk. Un C~re, 15rd, pa~'. 79, 1901 ; N~eulc~a, C. R., 134, peg. 1494, 1902 ; id, Bull. Bukares~, pa~'. 381, 1902 ; id., C. R., 135, peg. 25 1903: King', Astroph. Journ., 19, peg. 225, 1~()4.

220

M. LA ROSA

Berndt l~icercb se l' aumento di i~esistenza p r e d u c e v a modificazioni spettrali analoghe a quelle osservate con l'aumenLo d ' i n d u t t a n z a , c o n l b r m e m e a t e all' opmione gi~ espre.~sa da Hasselbel~g; e tt~ov6 ehe gli spettri ottenuti con una g r a n d e induttanza e con la res~'stenza equivalente (quella pet ~ la qua[o la scacica unilaterale p r e s e n t a v a 1o st esso massimo di co,'r e n t e della scacica oscillante) ecano presso che simili. Concluse a m m e t t e n d o c h e l a causa delta modificazione ~qsiedeva, in entcambi i casi, nell' abbassamento di t e m p e r a | u r a , dipend e n t e dalia dimin~zione dell' intensit~ massima e doll' a u m e n t o della dm~ata della scm~ica. Fca i lavovi rimanenti, il pifi notevole g quello di Schenk ~), six pro' i mezzi impiegati hello studio speltrale, sia, e pifl ancoca, pe~' le conclusioni tt'atte, che sono in complete contrasto con quelle di Hemsalech ed aitci. Egli a m m i s e che il vapm~e metallico possa r a g g i u n g e r e faeilmente una t e m p e c a t u c a pifi elevata, quando le osciliazioni vengono rallentate pec mezzo di una pifi g r a n d e induttanza, i)e~'ch(~ allora ha pi/1 tempo per riscahlm'si; e che per conseguenza Io spettco dell' a,~co debba coceispondere ad una teml)eratura pifi elevata dello spett,'o di scintilla. Riportiamo, infine, l'opinione manit'estata-dal p,'of. Kaysel. 2) su que.sta compiessa quistione. Egli pensa, confiwmemente all' idea plqmitiva dell' Hemsaleeh, ed a quella foctemente sostonuta. pel 9 il case dei gas, dai sigg. Richa~'d e T r o w b r i d g e , che il m u t a m e n t o d e l l ' i n d u t t a n z a non intecviene nella modificazione spettcale, pcincipahnente pet" mezzo di un m u t a m e n t o di tempe~atuca, ma pe~~ un' azione (liretTa della searica sul gas, o vapoce, che essa a t t r a v e r s a ; azione che dipendet'ebbe i n t i m a m e n t e dalle ciccoslanze elettNche della scat'ica, e quindi dalle costanti dei cir'cuito in cui avviene. In altpi ter'mini, secondo il concerto del Kaysev, il mutam e n t o di t e m p e r a t m ' a pub m~gaei esse,e una causa concomitante, che agevoli la trasformazione spettrale ; ma sopra tuito il c a m b i a m e n t o d ' i n d u t t a n z a deve influice in mode dil'etto, ale terando l' andainento della scarica. 1) eft. K~,yser, Hand|:. dor Spectr.~ ]I, pp. 172-178. 2) K~,yser, I. e.

8PETTRO DELL' ARCO ELETTRICO CANTANTE

221

Riassumendo: secondo l' opinioae pcevai~mte, la cause principale della modificazion~ spetteale, !)l.~uloHa da un aumento d' indu!,tanza, risl,,,derebbe in un mutamen~o delia l e m p m ' a t u r a del coepo emittente, pe~'ch~ 1' emissi~)ne nella scintilla e nell' a~'co a v r e b b e m'igine tin'mica ; ma la tempe~'atuea della scintilla saeebbe maggioee - - secondo a l c u n i - - m i n m ' e secondo altei - - di quella dell' az'co. Secondo un' altla opinione (Kaysee), 1' emissione avcebbe oeigine divm.sa nella scintilla e n e l l ' a r c o ; in quella si t'idul,r'ebbe ad un fe,nomeno di elett.~'olumineseenza, in questo ad un fenomeno te~'mico. La causa pcineipale delle mo,lificazioni, pcodotte dall" indutt~mza, doveebbe t'iqedm'e nel c a m b i a m e n t o delle cfl'costanze elettciche della scacica. Secondo un' ultima opinione (Puccianti), sacebbeco distinte non solo le oeigini dell' emissione net due fenomeni scintilla, aeco; ma anche quelle deal' emissione del gas e del vapo,'e nella medesima scintilla; il primo emettecebbe pee elett,'olumineseenza, il secondo pee temper'atut'a. La cause delle modificazioni dipendeeebbe da questo elemento. #

Le nostre eiceeche eeedo p~,ssano seeviee a risehiapaee in qualche punto questa complessa quistione dell' emissione nella scintilla elett~qca. Il risultato t)ifi immediate di esse, ci "induce a limitaee 1' impoetanza att,qbuita, alle ciecestanze pul'amenle eletlt'iche (e paeti~:olaemente alle oscillazioni) che i n t e e v e n g o n o nell' emisstone. Not abbiamo ottenuto, infatti, uno spetteo ceincidente con quelIo della scintilla o,,dinaeia, bench{) il nostco fennmeno fosse da questa essenzialmente divm'so. La sca91 nel case nosteo, s' iniziava cnn umt diffeeenza di potenziale, anzi, piit e s a t t a m e n t e , cou un campo elettrico assi pifi debole di quello occoreente per la scintilla; e t a sempee unllate~'ale, ed a v e v a una dueata molto maggioce del peeiodo d'oscillazione delle comuni scintille. (A que~,ta stessa conclusione poetano 1' esperienze di Beendt p r e c e d e n t e m e n t e citate).

2_02

M. LA ROSA

Le nostre ricerche contraddicono, poi, in mode e v i d e n t e le opinioni det sig. Schenk. In primo luogo, se v e r a m e n t e 1~ spettro di scintilla com-ispondesse ad una t e m p e r a t u r a minore di quella dell' afro, in mode che la modificazione spettrale, prodotta da un accrescimento d' induttanza, dipendesse dal m a g g i o r tempo che ai vapore ~ concesso per r a g g i u n g e r e a n ' e | e v a t a t e m p e r a t u r a , in grazia dell' accresciuta durata delle oscillazioni, non a v r e m m o dovuto o t t e a e r e 1o spettro di scintilla, helle condizioni delle nost,'e esperienze. Infatti, essendo stata in questo caso la durata della searica. sempre m a g g i o r e del periodo d'oseillazione e della durata complessiva di una eomune scintilla, il vapore aw'ebbe potuto sempre r a g g i u n g e r e quella t e m p e r a t u r a elevata, a cui corrisponderebbe, secondo 1o Schenk, 1o spettro d' arco. Ma volendo anche a m m e t t e r e the, per la discontinuitb, dell' aecensione, 1' arco rimanesse, nelle nostre esperienze, ad una t e m p e r a t u r a inferiore a quella dell' arco eontmuo, avremmo dovuto ottenere Io spettro di scintilla, di preferenza nel case di scariche pifi brevi, cio~ con le capacitor pifi piccole. E vi ha di pifi. Lo spettro di scintilla subiva modificazioni identiche, che Io avvicinavano allo spettro d' arco, tanto introdueendo in serid col condensatore di gt'ande capacit'~ una induttanza, quanto diminuendo convenientemente la capacitor di questo; vale a dire, tanto accresceado quanto diminuendo ]a durata della searica. N6 si pub ammettere che, nel ease in cui ]a capacitor reniva diminuita, il vapore o gas raggiungesse una pifi elevata temperatura, perch~ l'energia disponibile era spesa in un tempo pill piccolo. I nu,neri riportati nel quadro V ci dicono c h i a r a m e n t e che, d i m i n u e n d o la capacitY, d i m ~ n u i v a la pot e n z a media spesa nel c a m m i n o della sea~ica. Questo rilievo ci pot'ta ritener'e, che la causa principale della modificazione spettrale, prodotta da un aumento dell'induttanza, o da una diminuzione della capacith, risieda appunto nella diminuzione, che a v v e n i v a in e n t r a m b i i casi, della potenza media spesa nel cammino della scarica. In questa opinione, siamo fortemente confermati dalla seguente osservazione: La potenza media spesa n e w at'co delle

SPETTBO DELL' ARGO ELETTRICO CANTANTN

223

nostce esperienze (per le condizioni in cui si o s s e r v a v a lo spettro di scintilla) era, verosimilmente, dello stesso ordine di gl'andezza di quella spesa in una ol~dinaria scintilla oscillan|e. P e r questo Paffronto ci possiamo s e r v i r e in pt'imo luogo della bella Memoria dei pcoff. Battelli e Magri, ppecedentem e n t e citata, dalla quale abbiamo tolto i numePi riuniti nel segnente quadro, che si Pifeciscono a scintille della lunghezza di 1,5 mm., cio6 a l l ' i n c i r c a della stessa lunghezza dell' aPco elettrico da noi studiato. Nella p r i m a e nella seconda colonna, sono riportati i h u m e r i che danno le induttanze e le capacits in cm.; nella terza, i peciodi in secondi; nella quacta il numePo totale di oscillazioni K pep ciascuna scacica apprezzabili helle rispettive fotogt'afie; nella quinta le quantit~ di calore spese nella scintilla, in piccole calorie; e nella sesta, infine, abbiamo scritto i valoPi della quantit~t: Pm ~

4,18Q - - KT '

che, nell' ipotesi in cui l ' e n e c g i a svolta d u r a n t e le K oscillazioni visibili differisca poco dalla totale, r a p p r e s e n t a la potenza media consumata, espress~ in Watt.

L

t~

T

K

Q

Pm

74140

]4175

6,79.10 -~

30

0,016

325

29470

14175

4,30

>>

16

0,020

1200

29470

7168

3,04

>>

12

0,012

1400

29470

3568

2,15

>>

t2

0,006

970

17460

3568

1,70

>>

8

0,008

2420

3669

3568

0,80

8?

0,012

7500 ?

Se facciamo il calcolo p e r u n a scintilla sempro della lunghezza 1,5 ram., prodotta nelle condizioni sperimentali delle fotografie 43, 46 (C ~ 1000 cm., L. ~ 3000 cm. circa, V - - 6000 volt), deducendo per conh'onto con i risultati della m e d e s i m a Memo~ia dei sigg. Battelli e Magri un limite minimo di K e delSerie V. Yol. X V I I .

17

224

M. LA ROSA

l ' e n e r g i a dissipata fuori delia scintilla, otteniamo come limite superiere di P., il valore 23()0 watt. Un calcolo analogo applicote alle condizioni sperimentali di Hemsaluch, h, r nisce valori di P,. compcesi fca 3000 e 100 w a t t : il pifl grande di essi si riferisce alla pifi piccolo induttanza impiegata (primo strato det rocchetto A} ~), nei qual case lo spettro era identico, o quasi, a queilo che si a v e v a con l ' i n d u t t a n z a dei sell attacchi (sconosciuta); l ' u l t i m o si riferisce all induttanza massima adoper a t a (molto grande, 0,07 h e n r y circa!), nel qual case lo spottee p r e s e n t a v a solo righe d ' a r c o o di fiamma. Questa coincidenza, r i m a r c h e v o l e se la lunghezza della scintilla ~ la stessa di quella d e l l ' a f r o da noi studiato, pifl non sussiste per lunghezze diver~e della scintilla. AI v a r i a r e della lunghezza v a r i a ta masse gassosa eccitata datla scat~ica, ed 6 natu,'ale che vari pure la petenza media necessaria per quel g r a d e di eccitazione. Siamo per tel via indotti a p e n s a r e che la n a t u r a dello s p e t t . o e m e s s o da un vapoce o gas a t t r a v e r s a t o dalla scarica (e forse pifi g e n e e a l m e n t e eccitato in un modo qualsiasi) debba d l p e n d e r e e s s e n z i a t m e n t e dalla p o t e n z a m e d i a spesa nella u n i t h dl m a s s a , e che limitata e secondaria debba essere la

influenza del modo con cui tale potenza viene introdotta. P e r rafforzare questo concetto sarebbe stato necessario un confronto fra le masse gassose eccitate n e l l ' a r c o deile nostre esperienze e nelle scintille scelte a confconto. P u r t r o p p o non possediamo, in riguardo, alcun date sicuro su cui p()tet'e a p p o g g i a r e le nostre considerazioni; ma possiamo bene afterm a r e che l' arco, nelle nostre esperienze, doveva avece u n a sezione n o t e v o h n e n t e pifi piccola d e l l ' a r c o continuo, per la discontinuit~ dell'accensione, e la brevith, di ciascuna scarica. La potenza disponibile veniva, quindi, consumata in una pic] ) Cfr. Hemsalech ~em. c., pag, 28, 47 e seg. - - E w~cer.~ario avvertire the i va],~ri tmmerici delle ind,lttaaze dati a pag. ~8 non s~no esatti. II ,~aleolo d,.lle lmtenze m~dle faTto cnn questi dat] mi a v e v a fornlto humeri di un ordine di grandezza ~ssai maggiore dl q~lello aspet.tato (lirai~e superim'e 60,Oil0). Rifac, endo il caleolo detle indut4 .~a sty. r s tanzo COn la fonnola L ~--l , usata dall'A, e con i dati oceorrenti ehe si trovano nolle Memoria stessa he petuto rilevare I'errore materlale dell' Hemsalech [per n era state pdsto il uumero di spire per cm. iuvece del numero tot ale).

SPETTRO DELL' ARGO ELETTRIC0 CANTANTE

225

cola massa di gas, che poteva r a g g i u n g e r e u n ' e c c i t a z i o n e elevata. Una c o n f e r m a dello stesso concerto risulta dal completo parallelismo, che helle nostre esperienze si pus osservare, t r a la potenza media i m p i e g a t a e la s t r u t t u r a detlo spettro; e dalla indipendenza r i m a r c h e v o l e di questa dai particolari valor'i delle costanti elettriche del circuito derivato. Cosl le fotografie riprodotte, che sono ordinate col c~'iterio della m a g g i o r e affluitA di s t r u t t u r a , risultano anche ordinate secondo la potenza i m p i e g a t a ; e si pus notate, per es., che i due spettri 39,55 e 26,54, assai simili tra loro, corrispondono a condizioni del circuito elettrico molto diverse; tanto che i periodi stavano come t a II, m e n t r e le potenze impiegate net due cast e r a n o 620 e 32~1, cio~ molto viciae. (E si badi che il primo si accosta pifi del secondo allo spettro di scintilla). E poich~ in queste esperienze si pus a m m e t t e r e ( t r a t t a n . dosi sempre del medesimo f e n o m e n o ) c h e la massa gassosa eccitata non v a r i a v a n o t e v o h n e n t e da un caso all altro, e che ,qtundi la potenza specifica cresceva insieme con la p~)tenza complessiva, risulte,'ebbe da esse che uu legame iutimo esiste v e r a m e n t e , t r a ia potenza media specifica i m p i e g a t a hello scarica e la s t r u t t u r a dello spettro emesso. Un tale modo di vedere, pus spiegare anche il comportam e u t o offerto dai gas. Lo spettro a r i g h e di questi, corrispond e r e b b e ad un grado molto elevato di eccitazione (ci~,~ a w ' e b b e bisogno d e W i m p i e g o di una g r a n d e p~tenza) uguale, e fi,rse pifi e[evaLo di quello necessario per le righe corte dei vapori. P e r questa ragione le righe del gas si l~sciano os.~ervare solo con scariche (condensate) di b r e v e periodo, e helle s~de p r i m e oscillazi[,ni; m e n t r e con scariche pi/~ lente, o con oscilh~zioni poco ample, il gas e m e t t e r e b b e Io spettro di bande, che sarebbe pe,'ci5 di pifi basso eccitazione. Lo stesso modo di vedere si adatta bene a n c h e ai fenomeni o.~servati nell' a r c o : Se si vuole intmJdurre in un argo a c o r r e n t e c o n t i n u a una g r a n d e potenza, ~ necessario far crescere l ' i n t e n s i t ~ della r con t h e cresc()no, quasi pr(,porzi~Jna[mente, l' a r e a dei crateri e la sezione t r a s v e r s a l e della colonna di vapore ;

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e quindi la massa dell' a e r i f o r m e eccitato '). E poich6 al crescere dell'intensitk della corrente, la differenza di potenziale ai poll dell'arco (e agli estremi della sola colonna pnsiliva), Ya d e c r e s c e n d o - molto rapid~,mente per le intensit~t piccole~ poco per le g r a n d i vale a dire, poich6 la potenza spesa nell' arco cresce m e n o r a p i d a m e n t e dell' intensitS, della corr e n t e (specialmente per le intensitk piccole), se ne deve concludere che Ix potenza specifica, spesa i~) un arco a c o r r e n t e continua, diminuisce, al crescere dell'intensitY; e la diminuzione dev' essere p a r t i c o l a r m e n t e apprezzabile per le intensitk piccole, poco o punto per le grandi. E da quanto p r e c e d e n t e m e n t e si 6 esposto si d e d u r r e b b e che al crescere dell'intensit~ della c o r r e n t e d' alimentazione d e l l ' a r c o , a p a r t i t e dai valori pii~ piccoli possibili, lo spettrc~ deve a n d a r e modificandosi, d~notando gradi di eccitazione via via meno e l e v a t a ; e ci5 in modo particolarmente, o solamente, apprezzabile per le piccole intensit'8. Questa deduzione ~ m a n i f e s t a m e n t e c o n f o r m e alle esperienze del sig. H a r t m a n n , p r e c e d e n t e m e n t e riferite, helle quali furono osservate r i g h e di scintilla in un arco alimentato con deboli correnti, nonch6 a quelle del sig. Huff '), nelle quali non si pot6 r i s c o n t r a r e alcun m u t a m e n t o di s t r u t t u r a nel[o spettro di un arco, fra carboni omogenei o animati, facendo c r e s c e r e la c o r r e n t e da 2 a 250 a m p e r e . Anche i fatti osservati da Crew, da H a r t m a n n ed E b e r h a r d e da F a b r y e Buisson t r o v a n o facilmeute una spiegazione col nostro modo di vedere. P e r i primi, s ' i n t e n d e bene come u n ' i n t e n s a f. e. m. di autoinduzione possa p r o d u r r e q u e [ l ' a u m e n t o istantaneo di potenza specifica, che sarebbe la causa della t e m p o r a n e a c o m parsa di righe di scintilla. P e r i secondi, basta r i c o r d a r e che un arco a c o r r e n t e ~ continua, in un ambiente t e r m i c a m e n t e pifi conduttore (come l' acqua e l' idrogeno), ha bisogno di una m a g g i o r e densit~ di c o r r e n t e e di una pifi g r a n d e differenza di potenziale che ~ l) C~m'b nolo la de,lsith della corrente varia pochissimo al Ch'. J. Stalk. Orudo Ann., vol. 12, pag. 690. 1903. 2) Huff~ hstroph. Joutn. 16, pag. 27, 1902.

creseere

dell'intensitk~

S P E T T R O D~ELL ' ARCO E L E T T R I C O C A N T A N T E

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l ' a r c o n e l l ' ~ r i a ; di modo che, nel primo la potenza specifica maggiore che net secondo, e percib negli strati pifi interni del primo possono comparire righe di eccitazione pifi elevata, che non si osservano nel secondo. E finalmente per gli ultimi possiamo osservare, che in vicinanza degli elettrodi, esiste sempre una brusca caduta di pote~ziale, a cui deve necessariamente corrispondere uua potenza specifica sviluppata pid grande che in tutto il resto dell'arco, e quindi un grado di eccitazione pifi elevato. Riassumendo, possiamo concludere c h e : lo spettro di scintilla si pub r i t e n e r e corrispondente ad un grado di eccitazione pifi elevato di quello a cui corrisponde lo spettro d ' a r c o ; la trasformazione graduale del primo spettro nel secondo, e viceversa, dipende essenzialmente dalle variazioni della potenza media specifica, spesa nei cammino percorso dalla c o r r e n t e ; il ~'alore di questa potenza pub, per questa trasformazione (e forse in generale), considerarsi come il parametro unico, che determina ciascuna struttura spettrale. Queste conclusioni non pregiudicano la questione, tanto dibattuta, dell'origine dell' emissione; nulla infatti esse ci dicono che permet(a di decidere, se la potenza necessaria per p r o d u r r e una data struttura spettrale, e fornita sotto forma elettrica, si trasformi direttamente in energia luminosa, ovvero se assuma un' alWa forma, per es. la termica, prima di dare origine ali'emissione stessa. Se non che, per mezzo di apposite esperienze, delle quail ho gi~ annunziato i risultati sui (( Comptes rendus de l'Acad. des Sciences >~~), ho mostrato che n e l l ' a r c o musicale, come nella scintilla, si possono ottenere effetti termici di grado pih elevato che nell' arco continuo. Difatti sono riuscito con l'arco musicale a fondere insieme delle particelle di carbonio; meni r e c o l l ' a r c o ordinario non ho potuto constatare traccia di

1) Fasc. 8 a, pag. 475; fasc. 10 ~ pag. 616, 1909.

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tale fatto, come non ne pot~ constatare Moissan, nella lung~ serie delle sue ricerche sul forno elettrico. Si pub dunque ritenere, non solo che ]'emissione della scintilla e dell' arco musicale si ottiene sotto l'impiego di una potenza media specifica pifi grande di quella impiegata per 1' arco ordinario, ma anche che tale emissione ~ accompagnata da una t e m p e r a t u r a pifi elevata di quella dell' arco. Noi veniamo cosi a rafforzare il concetto dell'esistenza di un legame intimo fra t e m p e r a t u r a ed emissione luminosa, e con rib l'ipotesi che su esso si appoggia, dell'origine t e r m i c a dell' emissione. Ma del resto, queste distinzioni hanno perduto oggidi g r a a parte dell'importanza che fu loro attribuita ~); dopo che nei law)ri di S,nithells e di Stark, si ~ cercato di dare un significato preciso alle incerte espressioni di l u m i n e s c e n z a e l e t trica e cMmica. Con l'introduzione dei concerti di t e m p e r a t u r a e l e t t r i c a e p a r z i a l e , la causa dell' emissione viene, in rondo, ad essere ricondotta alia forza viva che possiede la particella e m i t t e n t e ( t r d g e r ) nell' istante in cui il fenomeno luminoso si produce: cio~, alia medesima causa che produrrebbe l' emissione di nat u f a termica. Ia tal modo ~ stato esteso, sola,nente, il concerto di t e m p e r a t u r a ai tr~tger, a v v e r t e n d o che per essi si deve ten e r e in computo la velocit~t complessiva da cui sono animati abbia essa, o no, una direzione preferita. In altri termini, l'emissione, in tutti e tre gli aspetti nei quali ~ stata finora distinta, avrebbe un' origine unica: cinet i c a ; Io spettro emesso dovrebbe, quindi, essere un indice diretto dalla forza viva posseduta da quei ioni che danno luog(> al fenomeno luminoso. Questi concetti ~trmonizzano perfettamente con i risultati e le vedute da noi sopra esposti. A1 chiarissimo prof. Macaluso vada l' espressione della mia gratitudine, per l ' o p e r a benevola che ha speso a mio vantaggio. 1) Cff. Puccianti. De9ll sTettrl dl righe. N. Cim., set. 5.a, vol. XV, p. 95, 1908._