49

L' EMISSIONE DI IONI ED ELETTRONI DA UNA SCINTILLA NELL' ARIA RAREFATTA E LE ROTAZIONI IONOMAGNETICHE. ~EMORIA ])EL PI~0F. SE~. A U G U S T 0

RIGHI

~).

PARTE PRIMA.

Complementi allo studio delle paPticelle emesse dalle scintille.

1. Rieerehe anteriori. I n una precedente :5[emoria ~) ho riferito delle esperienze, le quali dimostrano che, facendo agire un campo magnetico sopra una searica a scintilla in aria rarefatta, la scintilla stessa assume i earatteri di a n fascio di raggi magnetici. Quelle ricerche mi condussero incidentalmente a constatare l'esistenza tutt'intorno alia scintilla di una specie di bombardamento di ioni e d' elettroni, ehc pu6 mettersi in evidenza profittando dell' azione meeeanica prodotta su corpi mobili di forma opportuna. L e ricerche descritte in quella pubblicazione erano assal lungi dall' esaurire il soggetto~ al contrario 9~se suggerirono nuove vie d'indagine in direzioni svariat% alcune delle quali ho d' allora in poi seguite non senza frutto, mentre altre ancorn ne restano capaei di f'ornire ulteriormente materia di studio. Dei nuovi risultati raggiunti ho dato gi~ in brevi 1) Memorie della R . AccadezMa delle Scienze dell' Istituto di Bologna. Serie VI, Tomo IX, 1911-12. ~) Mere. della R. Acc. di Br~logna~ 26 nov. 1911. N. Cimento, marzo 1912. Serle VI. Vol. I F

4

50

h. RIGHI

Note ') qualehe notizia; ma ~ solo hello scritto presente che sono esposti in modo completo i nuovi fatti e 16 relative interpretazioni.

2. Disposizione generale. Riservandomi di deserivere man mano c h e s e ne presenter~ l' oceasione i numerosi apparecchi costruitl per le varie esperienze, devo indicare sabito quale fu la disposizione dat~ agli appareeehi produttori delle scariche. Tale disposizione, molto nora e spesso adoperata, b la seeonda delle due deseritte nella Memoria citata nelle prime linee di questo seritto, ed eccone una descrizione pifi dettagliata di quella datane aUora.

A

B

%o

k J

M

Fig. 1.

I conduttori principali A, B (fig. 1) di una grande macchina elettrica (tipo Holtz a quattro grandi dischi e grande ~) Comp. Rend. de l' Ace. des Sciences de Paris, s4ances du 15 Janvier et du 19 F@vrier 1912.

EMISSIOI~E D I

ION][ E D

E L E T T R ( ) I ~ [ ECC.

51

velocit'h di rotazione) conmnicano cello a r m a t u r e interne di due identici eondensatori C, C ' e cello spinterometro D E , mentre le a r m a t u r e esterne sono in eomunicazione col due elettrodi di uno degli apparecehl di seariea deseritti pih oltre. Questi elettrodi (e per eonseguenza aneora le dette a r m a t u r e esterne) comunicano perb fra lore e col suolo per mezzo di una colonna d ' a t q u a contenuta in un tube I L M . A tale scope tre fill di platino I, L, hi saldati nel vetro comunicano rispettivamente mediante fill metallici cell' a r m a t u r a esterna di C, colla t e r r a T, e eoll'armatura esterna di C'. L a scintilla 5"a gli elettrodi dell'appareechio in esperimento b dunque una di quelle, che gli elettricisti italiani del secolo seorso (tome il Belli) t h i a m a v a n o una scarlca laterale, od anehe quella detta dal Lodge scarlca iml~ulsiva. L a presenza della tolonna liquida (la tui resistenza specifica e le eui dimensioni si devono variare a tentativi i)) p t r m e t t e ai condensatori di caricarsi, sinchb non seocehi fra le sfere D, E una scintilla di scarica. Simultaneamente una scintilla scocca fra gli elettrodi comunitanti ton I ed M, se la distanza fra D ed ]~ non 6 troppo pieeola; ma, sempre in grazia della presenza della eolonna d' atqua, si pub dire che nell' apparecchio con cui si esperimenta non esistono cariehe elettriche sensibili ehe durante la brevissima durata di (tuelle seintille, cib the elimina, o riduce al minimo, in molti casi certe cause di errore, specialmente dannose quando si hanno corpi leggieri mobilissimi. I condensatori C, C' ebbero in vari tasi diverse capacitY. Quando non si avyertir~ nulla in contrario si intenderi b che la capatit~ C di ciaseuno di essi sia di 37620 unitK elettrostatiche. In realt'~ quei tondensatori erano costituiti ciascuno con 54 grandi glare variamente collegate a norma del bisogno.

~) II pifl delle volte ii tube I L H ebbe circa 30 c. di lunghezza ed 1 c. di diametro, e conteneva acqua distiilata. Bisogna as_~icurarsi che nessana luce appaia sugli elettrodi negli intcrvalli di tempo fra una scintilla e 1' altra. Questa condizione 6 molto importante nel case delle esperienze dei|a Parte Seconda, mentre lo 6 assai poco nel case delle esperienze di quest~ Prima Parte.

52

A. niaIn

I1 numero delle scariche che si hanno in ogni minuto secondo ~ tanto maggiore quanto pih piecola ~ la capadt~ dei condensatori, e quanto pi~:~ piceola ~ la distanza fr'~ le sfere D ed E, distanza che d' ora in poi indicherb sempre eolla lettera s, esprimendola in millimetri. Celia capacit& indicata pifl sopra si avevano da una a quattro scariche al secondo, variando il valore della distanza s en~ro limiti convenienti.

3. Cariehe trasportate. Ho intrapreso nuove esperienze per istudiare le cariche possedute dalle partieelle partenti dalla scintilla, valendomi della disposizione indicata nella fig. 2.

ii+. i''

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M

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Fig. ~.

L a scintilla scocca fra gli elettrodi M ed N, che percib comunicano colle armature esterne dei due condensatori (C e C' della fig. 1), mentre una camera di F a r a d a y D E 6 eollocata nel tubo ad una distanz~ che pub variarsi a piacere. Come in tutti gli altrl apparecchi, di cui si darb~ qui la descrizione, gli elettrodi, fra i quali scoceano le seintille nell' aria rarefatta, sono costituiti da grossi fill metallici circondati da eannelll di vetro, che lasciano scoperto solo un breve tratto all' estremitM L a ~eatola metallica D E F, avente nel mezzo della faccia E F ~ln foro chluso da reticella metallica~ si prolunga in

EI~[ISSIO~E

DI

IO57[ E D

ELETTRON[

53

ECC.

an mbo metallico che arriva sin presso an galvanometro, e comunica con uno C dei suoi serrafili e in pari temp~0 col suolo. Essa contiene il disehetto A c h e eomuaica col secondo serrafilo B del galvanometro per mezzo d' an filo isolato e circondato dal tubo suddetto. Lo strumento devla per opera delle cariche raceolte dal disco A, ed in grazia della disposizione adottata non subisce perturbazionl per la vieinanza degli altri apparecchi. Essendo il galvanometro dotato di grande sensibiliti~ (un millimetro della scala eorrlsponde a 5,87.10 -I~ ampere) la deviazione sarebbe in qualche caso troppo grande, se non la si riducesse in un rapporto conoseiuto per mezzo di una cassetta di resistenza Z messa in derivazione. Nelle seguenti tabelle, in cui sono riferlti i risultati di alcune serie di mlsure, le deviazionl sono state tutte ridotte in micro-ampere. Con P ~ indicata la pressione dell' aria in millimetri, con i l'intensit~ della corrente, e con d la distanza in millimetri fra la faccia E F della scatola D E e la scintilla 5'I N. La scintilla nell' aria libera era langa s---~ 2 ram.

d~-- 60

d--~ 120

d =30

i

P i

i

i'

P

P

i

i'

I

2,5!

0,09

~),4

0,19

0,03 2,7

0,25

0,21

0~06 1,5

8,82

1,76 1,9

1,07

0,47

19,12

5,45 1,25

7,35

0,39

10,29

6,43 0,90

9,70

0,39

0,01

2,2

I 0i30

1,9

1,78

0,83

1,4

2,94

2,06 i0,o0

1

7,08

0~42

4,41

0,30

8,82

o,59

0,]:4

16,17

9,12

7,08

3,54

i

10,64 3,31 0 35

5,88 __02,07 4,35

Non badando per ora alle colonne segnate i si riconosee, ad onta di qualche irregolarit~ nell' andamento dei valori di

54

A. nIolt~

i spiegabilissima dalla circostanz% che le successive scintille non possono considerarsi come assolutamente identiche s loro~ che: la carica raccolta dal dischetto nell'unit~ di tempo positiva; che essa diminaisee generalmente a partire da un certo valore di d al crescere di d ; e che infine per le maggiori rarefazioni si verifica una diminuzione nella caric~ stessa. Questa diminuzion% che diviene assai notevole quando si rarefaccia 1' aria assai pih the nei casi contemplati nella rubella precedent% ~ verosimilmente dovuta alia diminuzione del numero delle molecole gassose contenute nell' apparecchio~ capaci di fornire le particelle elettrizzat% ehe i)ol sono seagliate dalle scintille. Con cib rimane confermato quanto desunsi dellc prime e pifi sommarie esperienze. ~aturalmente~ non solo giungono ad A dei ioni positivi, ma anehe elettroni e forse ioni negativi, di guisa che si in presenza di un fcnomeno, in certo rood% differenziale. Hc~

N / Fig. 3.

1

ripetuto, facendo ora anche qualche misura~ una esperienza gi'~ descritta, e chc si realizza colloeando entro il tubo e assai vicino alia camera di F a r a d a y D E (fig. 3) un disco metallico G 1:t, il quale~ per cosl dire, protegge il disco A dai ioni che possono pervenire direttamente dalla regiono in cui scoeeano le scintille. Ecco alcuni risultati.

EMISSIONE

DI ] 0 N I

d~--~-120 P

i

ED

ELETTRONI

I! i'

ECC.

DD

d~-~.55 P

i

i'

!

3,3

o

2,5 1,8

--0,02 0,04

1,35

o

_ o , o1

_o,o,

- - 0 , 0 2 J o,o - - 0,04 1,9

--0,02 %- 0,10

--0,01 -4- 0,06

- - 0,13

- - 0,16

-I- 6,49

-4- 2,36

1

-~- 1,01

q- 0,16

0,56

-? 4,25

q - 0,83

0,42

-4- 5,98

-I- 1,47

0,30

4- 7,35

q- 1,47

70,4

Come si vede, quando 1' aria ~ assai rarefatta vi b ancora prcdominio di cariche positive sul disco collettore; ma con rarefazione molto moderata, il disco stesso raecoglie pilt elcttricit~ ncgativa the positiva. Questi fatti mi sembrano indicare, che mentre le particelle sia positive che negative, generate nella regione del gas attraversata dalle scintille, si diffondono rapidamente in tutto il recipient% nelle regioni poeo lontane dalla scintilla v% ancora una eerta prevalenza nei moti la cui direzione parte dalla scintilla, segnatamente pei ioni positivi, in causa della lore massa molto maggiore di quella spettante agli elettroni. La presenza del disco G H varrk ad arrestare parte di tali ioni positivi, d' onde una minor deviazione al galvanometro e fin' anche una inversione di essa. 4. Effetto prodotto dal diaframma sull' azione meeeaniea delle partieelle.

]~ra interessante esaminare qaale effetto avrebbe prodotto la presenza d' an disco, quale G H ddla fig. 3, qualora invece di raccogliere semplicemente le eariche trasportat% si

56

a. Rmm

esamina I' azione meccanica prodotta dalle particelle in moto, collocando un mnlinello mobilissimo al posto del disco eollettore A. Per comodit~ 1' apparecehio fu in tal caso eollocato in posizione verticale, come vedesi nella fig. 4 (scala 1 : 3 ) , in cui B e C sono gli elettrodi~ K un disco di vetro orizzontale, W un mulinello leggiero ad alette inelinate, ehe pub essere spostato in senso verticale facendo avvolgero pilk o meno sopra un tubetto di vetro, ehe in grazia d ' u n giunto a smeriglio si pub far girare a piacer% il sottilissimo filo di bozzolo al quale il mulinello b sospeso. E facile colloeare variamente il disco K, toglierlo di posto se oeeorre, non che mutare il mulinello, perch~ 1' apparecchio ~ costituito da due parti unite fra loro in grazia d' una ehiusura conica smeririgliata.

F-\ K

B

J

L;

Fig. 4

Con tale disposizione ho osservato, in il mulinello ruota anche quando ~ presente diametro ~ un poco maggiore di quello del ]~erb a scconda dei cam la rotazione ~ pift

via generale, che il disco K, (il cui mulinello stesso). o meno rapida~ e

EMIS~IONE DI IONI ED ELETTRONI ECC.

57

pub anche invertirsi. Ecco, come esempio, la descrlzione d'una esperienz% per la quale si aveva P ~ 0,5 ram.. s ~ - 3 ram. Posto K a 55 mm. al disopra di B C vidi ehe~ quando la distanza fra K e W era di 12 ram., il mulinello non gir a v a affatto. Mettendolo pifi in alto, esso girava nel senso usuale, clo~ come se vi fosse una corrente d'aria che somasse dal basso all' alto. ~r avendolo alquanto abbassato, in modo c h e l a sua dlstanza da K fosse minore di 12 mm. esso si mlse a girare in senso opposto, clo~ come se fosse sotto 1' azione di an soffio che spirasse dall' alto in basso. Quest' esperienza mi sembra indicare 1' esistenza d' una specie di riflessione o di rimbalzo sulle pareti del recipiente, delle particclle~ emesse dalla regione attraversata dalla scintilla. P e r mettere in evidenza tale riflessionc, dato ehe esistesse, pensai di realizzare la esperienza seguente, la quale dlede infattl l'effetto preveduto.

W

Fig. 5.

L'apparecchio consta di an palloncino di ve~ro SS (fig. 5 a ~/, del vero) avente trc fori eircolari. In uno di essi ~ fissato un giunto di vetro a smeriglio (il cui asse ~ perpendicolare al piano della figura), il quale permette d'inclinare pih o meno un disco di vctro A B , il cui centro coincide con qaello del pallone. Un altro foro, assai largo, fa comunicare il pallone con a n tabo orizzontale, nel quale penetrano gli elettrodi C, D per le seintille. II terzo foro, infine, posto in alto, rieeve un tubo verticale entro cui trovasi il mulinello sospeso W. Questo gira per effetto del bombardamento, che riceve pifi o meno indirettamente dalle scintille; ma se si fa ruotare il disco A B , dapprima disposto orizzontalmente, sinchb assuma 1' inelinazione a 450 come nella figura, 1' azione meccanica sul mulinello risulta sensibilmente aumentata. Se, per esempio, mentre il disco A B era orizzontale il mnlinello aveva seguitato a girare sinchb la torsione del filo di sospensione aveva finito per arrcstarlo, bastava dare al disco 1' inclinazione indieata pereh~ si produeesse di nuovo la rotazione, e quindi un aumento di torsione. Tale effetto si constata con piena eertezza, bench~ sin meno mareato di quanto si sarebbe forse creduto.

5. Nuovo apparecchio per 1o studio del bombardamento dovuto alle seintille. A chiarire alcun poco il meccanismo dei fenomeni studiati giudicai neeessario effettaare qualche misara relativa all' azione di bombardamento prodotto a varie distanze dalla scintilla. Ma mi aeeorsi subito the il tubo da scarica della fig. 4 mal si prestava all'uopo, specialmente per il fatto, che la scintilla non si trova a mets altezza dell' apparecchio, cib the ~ causa di dissimetria nei fenomeni sopra o sotto la scintilla. Per questo motivo, ed anche per maggiore facilitk dell' aprirlo e ehiuderlo quando oeeorreva cambiare i mulinelli, ho costruito 1' apparecehio della fig. 6, che poi ho adoperato h n g a m e n t e anche per altri scopi.

EMISSIONE nI

IONI ED

ELETTRONI

ECC.

59

Esso ~ costituito da un cilindro di veiro a grosse parcti A B alto 14 centimetri (la fig. 6 ~ alla scala di 1:4)~ she pub ehiudersi alle basi~ opportunamente smerigliate, mediante le lastre plane E F, G H, la seeonda delle (tuali ~ forata nel

G

Fig. 6.

mezz% per rieevere il sistema di tubi L lg Q destinato, come quello analogo della fig. 4, al sistema di sospensione dei mulinelli. Ma, oltre al glunto a smeriglio 0, che permette di far girare su s~ stesso il eannello P Q su cui s' avvolge il filo di sospensione, si ha in L un altro giunto conieo, che riesee assai utile, particolarmente per centrare il mulinello rispetto alle pareti. Gli elettrodi per le seintille penetrano nell' apparecchio attraverso i due fori C, D, sono fissati a tubi di vetro U , V , congiunti ai tubi fissi R~ S con coni smerigliati. Da uno dei tubi R , S parte un tubo di vetro, non ~appresentato nella figura, che va alla pompa. Nella sun forma definitiva, adottata pifl tardi, 1' apparecchio ha i tubi R, S satdati alla parete eilindriea (che non 5 pifi eosl grossa come nel primo apparato) e similmente L ~ saldato a G H, mentre il rondo del eilindro ~ chiuso. Per tal modo 1' appa-

60

A. RlOl~

recchio assume I' aspetto di quello r a p p r e s e n t a t o n e l l a fig. 23. M a m i sono a h l n g o e u t i l m e n t e servito dell' apparecchio fig. 6. in cui quelle c o n g i u n z i o n i sono fatte a m e r c u r i o e ce-

ralacca ').

PC 11' 1

El I L

Fig. 8.

~) Da lunghissirno tempo impiego negli apparecehi provvisori a gas rarefatti le ehiusure a mercurio, efficaci e facili ad eseguire. AIM scopo che altri posse ricorrervi indico qui un modo di eseguirle, supponendo si trat~ a m6 d' esempio del collegamento del tubo L colla lastra G H delia

N

Fig. 7. fig. (3. I[ tubo L (fig. 7) 4 fissato nel foro della lastra G I-I mediante ceralacca. Nello stesso modo, (oppure mediante un cemento composto con vetxo solubile e carbonato di calce) viene fissato su G H l'anello di vetro B C ; in M,M, ~ versato del mercurio immobilizzato poi con un grosso strato N,N, di ceralacca oppure di gesso da forme.

E M I S S I O N E D I I0~NI :ED E L E T T R 0 ~ N I ECC.

6I

Nel nuovo apparecchio il filo di bozzol% al quale ~ sospeso il mulinell% non ~ semplicemente avvolto pifi o meno sul cannello P Q. Se avessi conservato tale disposizione, avrei neeessariamente modifieato la lunghezza della parte libera del filo stesso, e quindi la sun elastieits dl ~orsione, ogni volta che avessi voluto collocate il mulinello a diversa distanza dalla scintilla e quindl a diverse altezze. L a disposizione indicata dalla fig. S toglie tale inconveniente~ perch~ il filo di bozzolo ha una lunghezza invariabile, e sul cannello P O si avvolgono pifl o me~lto due gossi fili A, B, che sostengono la piastrina D D, inferiormente alla quale ~ attaecato il detto filo di sospensione.

6. Azione meecanica alle varie distanze dalla scintilla. E r a da preveder% che l'azione meccanica prodotta dalle scintille presentasse un valore massimo per una eerta distanza f r a i l mulinello e 1' asse della scintilla. Infatti non v ' ~ ragionc perchb il mulinello giri~ se esso si trova all'altezza della scintilla~ e cib per ragioni ovvie. Portato pifi in basso assumer.~ un moto rotatorio in un certo senso; portato invece pifi in alto si metterk a girare in senso contrario. Ma continuando ad allontanarlo l' effetto dovrk necessariamente calare di nuovo. Percib ad una certa distanza si avrk an effetto massimo, e sark quindi massima la torsione del filo di sospension% che vale ad arrestare il mulinello. ]~ appunto questa torsione, c h e f a equilibrio al bombardamento~ che ho misurato in varie condizioni sperimentali, e in particolare a varie distanze f r a i l centro del mulinello e la retta, ehe ~ asse comune dei due elettrodi. U n a graduazione di 10 0 in 10~ segnata sopra una striscia di carta incollata esternamente all' appareeehio iiff. 6, facilit a r a la valutazione della torsione con esattezza suffieiente~ se la ~-otazione compiuta dal mulinello prima di arrestarsi comprende vari giri. Eeco come esempio i risultati d ' u n a serie di misure. Con d indieo la distanza in millimetri fra mullhello e asse della seintilla~ con T l a torsione de! filo che artesta il mulinell% espressa in giri e frazioni.

62

A. nmHI d . . . 5 T . . . 6,7

10 12,9

15 11,2

20 10

30 5,7

40 374

I n queste esperienze il mulinello era al di sopra della scintilla; per egaali distanze ma col mulinello al di sotto si ebbero valori poeo diversi. Cib non sarebbe aceaduto impiegando il tubo fig. 4, col quale ad eguali valori della torsione eorrisponderebbero distanze pifi grandi quando il mulinello b al disopra della scintilla the quando b al disotto. I n ogni modo perb 1' esistenza di una distanza, per la quale il bombardamento ha una massima effieacia, risulterebbe stabilita egualmente. Nataralmente variano i risultati numerici mutando s, C e t ) ; ma 1' andamento dei fenomeni rimane invariato. 7. Influenza della pressione. L' influenza che ha sui risultati il valore di P merita d' essere considerata a parte. Qui pure era facile prevedere qualitativamente l' effetto di una variazione nella pressione dell' aria contenuta new apparecchio. Infatti b chiaro, in primo luogo, che con pressioni troppo elevate le collisioni fra particelle elettrizzate e molecole gassose devono divenire cosl fi'equenti, che quelle devono finire col muovcrsi indifferentemente in ogni direzione anche a non grande distanza dalla regione in cui sono create. D ' a l t r a parte ~ verosimile che rarefacendo molto l' aria gli effetti debbano finire col diminuire, in causa della diminuzione del numero delle molecole gassose presenti suscettibili di ionizzazione. Tutto ci8 si b verificato con esperienze simili a quelln descritta or ora, colla differenza perb che il mulinello rimsneva ad un' altezza fissa, e si faceva variare la pressione. Ma ho confermato questo risultato anche con esperienze d'altro gener% e cio~ per mezzo dell' apparecchio fig. 9. I1 tubo di scarica ~ orizzontale, e C, D sono gli clettrodi. Il bombardamento ha luogo eontro una lastrina di mica o di metallo A B~ eul ~ attaccato uno specchietto piano S, entro il qu'Me si guarda con un cannocchiale 1' immagine

EMISSI0~E

DI

IO~I

ED

ELETTRONI

ECC.

()3

di una scala a millimetri. L a lastrina 6 attaccata alla estremit'~ di una molla orizzontale, presso a poco come 1' kncora d'un campanello elettrico ~ attaccata alla sua molla, la quale

tA

,1

IB

D

c

i1l Fig. 9.

poi fissata per 1' altra estremit~ alia parete del tubo. II bombardamento sublto dalla lastrina la fa inflettere, non perb in modo pcrmanentc in eausa della naturale intermittenza del fenomeno, non ehe della non identitk delle successive seintillc fra loro. Tuttavia, per quanto raramente aecada di veder immobile l' immagine della scala, si riesce a raccogliere dati numerici, i quali sono sufficienti per avere una sieura indicazione sull' andamento dei fenomeni. Indiso con P la pressione in mm. e con T la deviazione (media di tre letture):

P T

0,08 0,15 0,19 0,28 0,44 0,63 0,84 1,21 1,45 7,4

10,5

12,5

19,3

30

43,5

57,5

75

79,7

L a notevole diminuzione dell' effetto meccanico al diminuire della pressione risulta cosl messo in evidenza. E d h eonfermato da altre esperienze eseguite con differente disp~sizione e preeisamente adoperando 1' apparecchio delia fig. 6, entro eui il mulinello ad alette elieoidali era portato da una sospensione bifilare di searsa sensibilit.k~ tale cio~ che per effetto del bombardamento esso si spostava d ' u n angolo pieeolissimo. L e deviazioni alle varie pressioni si leggevano col metodo della riflessione merc~ uno speechietto verticale attaeeato sotto il mulinello. In una serie di misure ho trovato :

P

0,14

T

20

I

I

0,21 ] 0~3S' 0,71

:

0~97

i i !~ 39 i 45 i 72 i, 82 I

i

1~18 1~93 3,95

4~2

i $5 ~ 34

34

92

Anehe con questa nuova disposizione sussiste 1' inconveniente della precedente, e cio~ quello del non riuscire quasi mai a vedere fermarsi lo specehio. Ma si perviene a risultati abbastanza soddisfacenti leggendo gli estremi delle successive oscillazioni nei due sensi, e calcolando nel modo conosciuto la posizione di fermata. Oltre alia diminuzione dell' effetto meccanico, ehe si manifesta alle basse pressioni, si osserva qul anehe 1' altra nel senso delle pressioni pifl elevate, verosimilmente dovuta all' aumentata frequenza delle eoilisioni, che tendono a far sl ehe le particelle eessino di avere direzioni di moto preferite. Esiste dunque una pressione, di valore variabile a seeonda delle eircostanze, per la quale l' effetto del bombardamento ~ massimo. Naturalmente no~ si pub aumentare senza fimite la pressione, pereh~ si arriva ben presto a u n punto a eui le seintille eessano entro 1' appareeehio, salvo che non si aumenti alquanto la lunghezza s della seintilletta nell"aria libera.

EMISSIONE

DI

IONI

ED

lgLETTRONI

65

ECC,

8. L'emissione di particelle 6 o no e g m d m e n t e abbondante

per le varie regioni della seintllla La risposta a questo quesit% ehe naturalmente presenta molto iilteresse, fu ottenuta spostando gli elettrodi, e per eonseguenza anehe la scintilla the seoeea fra essi, al disotto d'un mulinell% e misurando la torsione del filo di sospcnsionc ehe vale ad arrestarne la rotazione. L' appareeehio eostrulto all' uopo g quello rappresentato dalla fig. 10 a circa un sesto del vere.

t~

9

,' cO

Fig. 10.

Gli elettrodi A B, C D sono asticelle metalliche circondate da tubi di vetro rlgidamente collegati fra loro inferiorment% i quali le lasciano seoperte solo per qualche millimetro in B e C. Alle estremlt~ lontane le asticelle sono unite ad eliche di sottile filo di rame A F , E Cx eomunicanti col fili di platino H c K saldati nel vetro Mle estremitk dell'apparecehio. Questo consta dei tubi sottili FL~ M G e del largo tubo LITI, diviso in due parti, che in N 0 si uniseono con buona tenuta. I1 largo tubo g poi munito di un ramo vertieale P portante in alto il solito sistema d' attaeco a eono smerlgliato Q pel filo di sospensione del mulinello R ad alette inclinate o elicoidali. Infine un tubetto S saldato al tubo P serve per la eomunleazione eolla pompa. Serie l'J.

I-+L I I "

5

66

A. amHt

Tutto il sistema A B C D pub spostarsi faeilmente nel senso della sun lunghezz% e quindi si pus fare in modo, ehe immadiatamanta al disotto dal mulinello R si trovi una regiona qualunque della scintilla B C (lunga nova eentimetri), per esempio una delle estremitk oppure il suo mezzo. Lo spostamento si ottiene faeihnente eollocando un rocahetto pereorso momentanaamente da una corrente intorno al tubo M t t , e spostandolo nel deblto senso. Agendo sul cilindretto di ferro D E, il rocehetto fa spostare gli elettrodi nel senso d_el proprio movimento. Ecco el5 che ho constatato sperimentando con questo apparecchio. Se dapprima il mulinello ~, come nella figur% al disopra della regione mediana~ della scintilla, e si aspetta the la torsiona dal filo a cui ~ sospeso lo arresti, spostando la scintilla in un senso o nell' altro si vede il mulinello girare ancora un poco toreando cosl anehe di pill il filo the lo sostiene. L' aumento di torsione ~ assai pronunciato se lo spostamanto dato agli elettrodi ~ tal% che il mulinello venga in ultimo a trovarsi al di sopra di una della estremit~ della scintilla. Cib aceade qualunque sin il grado di rarefazione dell' aria, coma pure quando si impieghino eondansatori di capaeit~ differenti da quella pifl usata in queste ricerche, o quando si faccia variare la lunghezza della scintilla nell' aria libera. Ne risulta, che il bombardamento, aui si deva la rotaziona del mulinell% parte bensl da tutte le regioni della scintilla, ma ha u n ' i n t e n s i t k pi/~ considerevola alle estremitk delle scintille stesse, e eiob presso gli elettrodi. Seguendo. con un piccolo cannoechiale il passaggio delle quattro alette del mulinello, g facile valutare la torsione del filo eha vale ad arrestarlo. Questa determinazione si pub eseguire, sia a part.ire dal momcnto in cui si eomincia a far scoccare le scintilla e il nmlinello eomineia a spostarsi, sia. il ehe riesca pik agevole, eomineiando a torsiona eompleta e sopprimendo le saariehe. :Per dare qualehe idea quantitativa intorno a eib, eceo le torsioni misurate (in girl e frazioni di giro) in alcune e-

EMISSIONE

DI

ION[

ED

ELETTRON[

67

ECC.

sperienze. La prima linea orizzontale della tabella seguente eontiene le pressioni dell' aria in millimetri, la seeonda, segnata 5f, la torsione quando il mulinello si trova sopra la par~c mediana della scintilla, e la terza~ segnata E, quella ~:el easo in cui si trova inveee al disopra d ' u n a delle estremitk. In qucsto caso la distanza orizzontale fra l'estremitk dell' elettrodo e la verticale del filo di sospensione era di 14 millimetri.

Pressione

0,23

0,6

1,05

1,4

3

Torsione M

0,6

1

1,5

1,9

2

Torsione E

0,9

1,4

2,4

2,8

2,6

Dunque 1' emissione ~ notevolmente pifi abbondante a partite dalla estremit~ della scintilla che dalla parte mediana. Ad una identica conclusione portano altre esperienz% colle quali ho potuto misurare la carica trasportata dalie particelle partenti da varie regioni della scintilla. A tale seopo adoperai lo stesso apparecchio della fig. 10 modificato opportunamente. E cio~ fu tolto il mulinello ed introdotta nel tubo P una camera di Faraday rivolta all'ingifi, simile a quella della fig. 2 ma di dimeasioni assai minori. Il dischetto collettore, racchiuso nella camera metallica comunicante col suolo, restava a circa $ centimetri al disopra della scintilla mobile, c comunicava, come quello della fig. 2 con uno dei reofori del galvanometro, mentre col secondo reoforo comunicava la scatola protettrice, sempre nel modo indicato dalla figura stessa.

Eceo aleuni risultati:

65

Pressione

A.

3 y '~'~

~IGHI

2,5

1,3

0,62

0,54

i

Corrente 34

Corrente:E

- - 0,002 -I- 0,019

-4- 0,181

-+- 1~616 -/- 1,807

k -~ 0,040 ] -+- 0,060 -t- 0~221 -t- 1,626 -~- 1,807

Da questi numeri si desume, ehe mentre a pressioni piuttosto basse, per esempio 0,6 ram., la eariea positiva raeeolta nella camera di :Faraday g sensibilmente la stessa, sin ehe sotto di essa si trovi una estremit~ della scintilla o la sun parte mediana, quando la rarefazione g meno spinta si eonstata un effetto da parte delle regioni attigue agli elettrodi assai maggiore di quello ehe produce la regione mediana. Anzi ho pih volte ottenuto una eorrente di senso eontrario a quello ordinario (per es. alla pressione di 3 ram.) quando la parte mediana stava di fronte al disco eollettore, come se la distanza fra questo e la scintilla fosse assai grande, e quindi come aeeadeva nel easo dell' esperienza della fig. 3, quando fra la scintilla e i l disco eollettore si trovava qualehe ostaeolo. 9. F o r m a da darsi ai lnulinelli. Per le esperienze fin qui descritte, nelle quali oeeorre f~r nso di un mulinello ad alette inelinate o di forma approssimativamente elieoidale, come quella delle pale d' un elien da arr la forma delle alette, il loro numero e le ]oro dimensioni non hanno altra importanza all' infuori di questa, e cio~ che il nmlinello pub riescire pifl o meno sensibile all' azion# meecanica eui viene esposto. I1 pih delle volte, e per ragione di faeilit-~ e rapidit~ di eostruzione, il mulinello fa preparato piegando leggermente e tutti nello stesso senso i ciuattro rami, a forma di settori, d' una croce di sottilissima lastra di allumini% in modo ehe detti settori assumessero una forma elieoidale, oppure applieando quattro

EI~IISS[05iE D I I0~N[ E D

ELETTR(IN[

ECC.

69

alette di mica e i~ssandovele con gutta-perca~ in quattro tagli, come B C~ pratieati a 450 gradi cow asse all'intorno d'un cilindretto di ebanite (fig. 11). Un leggiero uncino A fatto con nn sottile filo di vetr% applieato esso pure con guttaperca, serviva in generale per attaccare il mulinello al filo di sospenslone terminante in basso con un analogo unclno di vetro. La fig. 11 mostra in grandezza maggiore del naturale uno di questi mulinelH.

B

//I

Ij Fig. 11.

Questo mulinello sarebbe origine di gravi cause di errote nel caso delle esperienze ehe dovrb descrivere nel scguente paragrafo, helle qnali interviene 1' azionc d'un intenso campo magnetico, e cib in causa di certi nuovi fenomeni, alla esposizione dei quali b dedicata la I I Parte della presente Memoria. Si vedr~ infatti, che basra che csista il campo magnetico, perch,, indipendentemente dal bombardamento generato dalle scintille, un mulinello posto in un gas ionizzato assmna un moto rotatorio. Cib che caratterizza la nuova azione del campo b il fatto di essere an' azione polare, e cio~ di determinare una rotazione ehe si invcrte invertendo il campo magnetico, mentre l'azione di questo in quanto a modificare gli effetti meeeanici che si manifestano, intorno alle scintille in un gas rarefatto, non dipende dalla direzione del campo. M a s e conoscendo qucsto carattere differenziale si pub evitare o'gni inganno, non b perb possibile far sparire in modo assoluto l' azione polare del campo. Solo si riesce ad

70

_a. ~mnI

attenuarla assai~ adottando per il mulinello la forma indieata dalla fig. 12, di eui la parte inferiore mostra la sua proiezione orizzontale. L e alette sono due soltant% e eostituite da sottilissime lastrine di mica, ehe a prima vista sembrano orizzontali~ tanto g pieeola la loro inelinazione. S e i l lato della lastrina di sinistra il pilt vieino all'osservatore g leggermente pifl alto del lato oppost% avviene il eontrario per la lastrina di destr% e pereib gli urti su di esse diretti vertiealmente

A B

,.s

cl, !c

-

B El

i

Fig. 12. risultano eospiranti in quanto ad imprimere al sistema un moto rotatorio. L e lastrine sono fissate a fill di vetro B C per mezzo d' 1in eilindretto di ebanite B avente a tale seopo un forellino in una delle basi, e un taglio diametrale nell' ult r a ; ed i detti fill, come pure l ' u n e i n o A, sono introdotti entro i forellini pratieati nel eilindro d' ebanite C C. Si pub eonsiderare la fig. 12 come traeeiata in grandezza doppia del naturale. Con simile disposizione 1' azione polare del eampo g ridotta al minimo, e resta in eerto modo come un termlne di eorrezion% la eui entit~ si potr~ apprezzare ossservando eib ehe aeeade invertendo la direzione del eampo meaesimo. Inveee di sospendere i mulinelli ad un filo di bozzolo (qualehe volta ad un filo di Cluarzo)~ ho in aleuni easi, partieo]armente in appareeehi eostruiti a seopo dimostrativ% ado-

E M I S S I O N E DI

IONI E D

ELETTRONI

ECC.

71

perato dei mulinelli nniti ad nn piccolo eappelletto di agata come quello dell' ago d' una bussola~ e messi in bilico sopra l'acutissima punta d'nn ago d'aeeiaio vertieale ben temprato. L a mobilitg del malinello risulta per5 minore the colla sospensione.

10. Influenza del campo magnetico sulle partieelle emesse dalle seintille. F a gi5 coustatata una tale infl~lenza sine dalle mie prime ricerche. Essa si manifesta tanto con una variazione nell' intenslt~ del bombardamento, c h e f a girare an mulinello~ quanto, con varlazioni della quantit'~ di elettricitk raeeolta dal disco collettore della camera di :Faraday. In relazione a questa seconda influenza he raecolto aleune misure, registrate nelle eolonne segnate i' delle tabelle numeriehe riportate nel w 3. I numeri di tall colonne non sono altro che le intensit~ in microampi-re della corrente nel galvanometro, quando un campo magnetieo longitadinale generate dal roeehetto R agiva suU'apparecchio (fig. 2). Con una eorrento di 16 amp@e nel file del rocehetto l' intensitk del campo a 15 ram. dalla faceia polare era di circa 1500 gauss. Confrontati a quelli delle colonne segnate i, i humeri delle colonne i' fanno vedere, ehe per azione del campo diminuisce la earlca raeeolta dal dischetto nclla camera F a r a d a y . Cib aecade anehe nel case in cui~ come nelle esperienze della fig. 3, an disco ripari la camera di F a r a d a y dal bombardamento diretto. Resta eosl confermato in mode sicuro un fatto, ehe gik annunciai in base ad esperienze meno precise. Un tal fatto Hi prevede, una volta che si ammetta l' ipotesi delle coppie elettrone-ione positive, rese meno instabili dal campo. Infatti in causa del persistere insolito di tall coppie accadr~ che qualche particella (lone o elettrone) arrivi al eollettore aceopplata con una di opposta eariea~ mentre arriverebbe libera e sola se il campo non esistesse. A proposito dell' influenza del eampo magnetico sui ioni ed elettroni partenti dalla scintilla he a lunge tentato di ot-

~

A. RIGHI

tenere ann vcrificazione spcrimentale della seguente previsione teorica basata sulla ipotesi delle coppie giranti elcttrone-ione positivo. Sc sotto 1' influenza del campo magnetico generato da un polo magnetico, posto al disotto dcll'apparecchio fig. 6, si forman% o meglio aequistano una maggior dnrat% le supposte coppie giranti, siccome esse sono respinte dal polo verso la regione in cui ~ minore 1' intensits del campo dovranno accelerare la rotazione di un mulinello soprastante come quell(~ W della fig. 4 (dalla quale si supponga soppresso il disco K). I primi tentativi diedero risultati incerti perch,, indipendentemcntc dalle ipotetiche coppie, il campo magnetico fa variare in qualche caso in un sens% in altri casi in senso oppost% il potenziale di scaric% donde ann variazione nell' intensit~ del bombardamento, e pcrci5 nel valorc della torsione, necessaria per arrestare il mulinello. Vi era poi l'altra difficolt~ da superare, dipendente dai fenomeni che saranno studiati pit1 avanti~ la quale consiste in ciS~ che l' effetto osservato non risulta indipendente dMla direzione del campo magnetico. Si elimina per quanto g possibile quest' ultima difficolt'~ come si disse, adottando la forma di mulinello rappresentata nella fig. 12; c quanto alia influenza sui potenziale di scarica~ essa si toglie di mezzo adoperando non uno, ma due eguali nmlinelli W W~ fra !oro solidali e posti l' uno al disopra e l' altro al disotto della scintilla C D, come si vede nella fig. 13 (nella quale non si ~ disegnato l'apparecehio contenente 1' aria rarefatta posto col suo asse in coincidenza con quello de1 roechetto R). Spostando in senso vertieale il sistema dei raulinelli si trova una posizion% per la quale le azioni fra loro opposte sui due mulinelli si elidono. Se in questo istante si eecita il campo magnetic% dovrg vedersi il sistema sospeso mettersi a girare~ come se una corrente d' aria diretta dal basso all' alto lo investisse. E non bastcr~, che si ottenga tale rotazione. Dovr'~ constatarsi altresi~ che essa non s' inverta invertendo il campo magnetic% se no essa dovrebbe ascriversi al fenomeno di rotazione descritto pii~ avanti. Inoltre si dovri~ aver cura di

ESHSSIONE

DI

IONI

ED

~]LETTRON[

ECC.

73

verifieare cl~e, sollevando o abbassando i malineUi in mode che essi abbiano a ruotare lentamente anche in assenza del campo magnetico in c onseguenza della prevalenza dell'azione meeeanica su uno di essi, quando si eccita il campo la rotazione si aeceleri, se avviene gik nel sense in cui tende a produrla la ripulsione sulle coppie giranti, ed invece rallenti o anche si inverta, se avviene gik prima in opposta direzione.

-=W D

W

[:~.-

"C3

, . . . . . . . . .

i

i

Fig. 13. Effettivamente ini sono convinto ehe le cose accadono peri~ettamente nella maniera preveduta; tuttavia non oserei presentare questa espC'rienza come una valida dimostrazione della reate esistenza della coppie giranti, perch~ si tratta d' una esperienza di esito non sicuro, in causa principalmente della'variabilit/~ di forma e di struttura delle seintille che scoecano success~vamente sull'appareechio. E veto the, quando il risultato prcvisto manea, si seorge presto il motive di tale insaccesso, ctLe suol essere un lieve cambiamento di luogo delle scintille prodotto da qualehe modificaz~one alla superfi-

74

;x. raGHr

tic degli elettrodi; ma per convineerc occorrono esperienzc di successo costant% e questa non soddisfa a ~ale eondizione. 11. Conclusione t r a t t a dalle p r c s c n t i rieerche. I1 meccanismo con cui si producono le scariche a scintilla ci ~ quasi interamente ignoto, o almeno sappiamo di esso molto meno di quello che si sa per altre forme di searica, e partieolarmente per le scariche in gas rarefatti costituite da colonna posltiva, spazio oscuro, bagliore negativo ece. E naturale quindi che non si possa indicare con qualche slcurezza l' origine dei ioni positivi e degli elettroni, i cui rapidi moti sono dalle descritte esperienze messi in evidenza. Tuttavia non sembra esservi dubbio intorno al fatt% che in una scintilla hanno luogo violentisslml movimenti molecolari e abbondante formazione di ioni dclle due specie, non ch~ di semplici elettroni, i quali come ~ noto, quando sl tratta di gas rarefatti restano in maggioranza liberi~ e cio~ solo in piccola parte si uniscono ad atomi o gruppi atomici per formare ioni negatlvi. Oltre alla ionizzazione per urto vi sar~ forse da tener conto di altre cause di ionizzazione, per esempio l'azione dei raggi X dovuti aUe variazioni di velocit'~ dei ioni e degli elettroni, 1' azioae delle radiazioni luminosc prodotte durante il processo di scarica, come pure 1' effetto dovuto alle rapide alternazioni del campo elettrico, iu quanto che si tratta certamente quasi sempre in queste esperienze di scariche oseillanti. I n ogni modo ~ certamente nella scintilla luminosa e nella sun immediata vicinanza, e quindi nella rcgione del gas the si trova fra gli elettrodi e non troppo si estende intorno alla retta che li congiunge, che sl formano o si separano dagli atomi i ioni positivi e gli elettroni, i quall si lanciano poi in ogni direzione in virth delle veloeits da essi posscdute. Naturahnente, rispetto ad una data regione del gas, sarh. prevalentementc dalla regione oeeupata dalla scintilla ehe arrivano le particelle elcttrizzate. Se non ehg, in eausa delle incessanti collisioni~ si finirb~ cow avere a sufilciente distanza

ENISS[0~E

DI

IONI ED

ELETTRONI

ECC.

dalla scintilla un movimento di particelle elettrizzate in og'ni direzione senza preferenza aleuna. Perb, stante la lore massa assai pill eonsiderevole, i ioni positivi devono conservare un poco pi~t a lunge la direzione prlmitiva di movimento. Cib appunto sembrano indieare le esperienze del w 3 relative alle cariehe raceolte da un conduttore eolpito dalle particelle emesse dalle scintille. Infine ~ utile notare che, mentre nel case della usuale corrente tranquilla nei tubi a gas rarefatto gli elettroni, ehe naseono in prossimit'~ del catodo, ed i ioni positivi, che naseono nel bagliore e si muovono verso il catodo stesso, restano durante il lore mote nel campo elettric% e aequistano cosl crescenti velocit's altrettanto non aceade nel case della scintilla. In questo case un atomo si scinde ad un tratto in elettrone e lone positive come per una specie di esplosione, ciob in seguito ad u n ' a z i o n e istantanea~ q u a n d ' a n c h e tale azione consista in u n ' i n t e n s a forza elettrica~ e n e eonsegue che secondo ogni verosimiglianza le quantit'~ di mote dei i o n i e degli elettroni risulteranno~ se non eguali, ahneno non tanto differenti, come se inveee si avesse 1' eguaglianza delle forze r i v e . Questa considerazione ha una certa importanza relativamente a quanto si esporrS, nella I I P a r t e di questa 5~emoria. eA~Tr3 SECO~DA.

Le r'otazioni ionoma~netiche. 12. La prima osservazione del nuovo fenomeno. Nel corse delle mic esperienze sull' azione meceanica generata a distanza dalle scintille hell'aria rarefatta, ebbi oecasione di fare la seguente osservazione. Sperimentavo con un m~alinello ad alette inelinate sospeso entre un apparecchio come quello della fig. 4 o meglio della fig. 6. Se tale mulinello, collocate dapprineipio molto in alto si abbassa fineh~ si trovi sulla retta U V (fig. 6), cio~.i:~_ linea eogli elettrodi, esso cessa di ruotar% ed abbassandolo aucora pifl~ esso as-

same, corn'6 naturale, una rotazione di sertso opposto a quello di prima. M a s e mentre si trova press'a poco all' altezza degli elettrodi~ e quinai o non si muove o ruota in modo lentissimo nell' uno o nell' altro senso, si crea un campo magnerico verticale (per esempio mediaute il polo di un rocehetto; simile ad R fig. 13, collocato sotto 1' apparecchio), subito il mulinello assume un moto di rotazione, spesso assai veloc% il cui senso s'inverte quando s'inverte il senso della corrente generatrice del campo. E r a evidente, che l'inclinazione delle alette del mulinello non poteva avere nessuna influenza nella produzione del nuovo ferwmeno; ragione per cui preparai dei mulinelli acl alette verticali~ che presentarono il medesimo comportamento, come mi aspettavo. Un metodo assai semplice e rapido per costruire tall mulinelli ~ il seguente. Da una sottilissima laminetta di mica

AJ IE oj Io (3

Fig. 14. taglio due rettangoli A B , C D (fig. 14 in grandezza un poeo maggiore del naturale), e pratico it; essi a metk lunghezza e sino a meth larghezza due sottili tagli E, F, in grazia dei qual[

EMIS,SIONE D I I O N I

ED

ELETTRONI

ECC.

77

possono unirsi ira lore ad angolo retto, come vedesi in A'B'C'D'. Un piccolo uncino in file di vetro G e una minima quantith di ceralacca (oppure di un cemento fatto con vctro solubile e carbonate di calce precipitate) rendono il tutto perfettamcnte solidale e rigido. In quelle prime esperienze il mulinello era sempre collocate all'altezza degli elettrodi; perci6, date le sue limitate di mensioni, nonch~ date il volume considevole che solevano avere le scintille (impiegavo aria assai rarefatta e eondensatori di grande capacit'~), si pub dire che il mulinello era immerse nelle seintille. In tall eondizioni riconobbi~ che la rotazione del mulinello aveva luogo nel sense stesso della eorrente circolante nel sottoposto rocehetto. Chiamer6 d' era in poi rotazioni positive quelle ehe seguono talc regola. H a pi~t tardi ottenni anehe rotazioni, ehe chiamerb negative, nel sense opposto a quello delle positive, ossia in sense contrario a quello della detta corrente. Passb qualehe tempo prima the giungessi a farmi un' idea, che credo esatta, interne alla causa del fenomeno constatato; ed intanto modii=ieai le eondizioni dell' esperienza in varie direzioni, trovando nuovi dati su cui appoggiare una spiegazione. Ma, piuttosto che dilung'armi in una esposizione delle mie rieerehe in ordine eronologico, giudieo preferibilc esporre subito la mia spiegazione, per poi farla seguire dalla descrizione delle varie esperienze, le quali in gran parte ne eostituiseono delle verificazioni. Non sarebbe diffieilc, io credo, il formare una teoria abbastanza eompleta di questi fcnomeni~ traendo partite dei risultati raggiunti nella teoria moleeolarc dei gas~ e seguendo metodi analoghi a quelli di tale teoria. Ma, per era almeno, non ne appare una reale utilith. Perei6 preferisco limitarnd a .spiegare le rotazioni prodotte dal campo magnetico in una maniera forse meno rigorosa~ ma indubbiamente pifl semplice e ehiara.

13. Caus~ delle rotazioni prodotte dal c~mpo magnetico. E r a intuitive l'attribuire questo fenomeno nuovo al fatto, che gli elettroni ed i ioni esistenti int~176 alle scintille~ non

7~

A.

RIGHI

si muovono pi:k seeondo linee rette fra an urto e 1' altr% alloreh~ esiste un tampo magnetieo. L a loro traiettoria diviene infatti nn'eliea (supponendo per semplieit~ uniforme il campo magnetieo), il eui asse ~ parallelo alia direzione del eampo; ma tale traiettoria rimane una retta per qnelle partitelle lo qnali si mllovono parallelamente al camp% prima della creazione di questo, e diviene un arco di terthio per quelle la tui velotit~ ~ diretta perpendieolarmente al eampo medesimo. E noto the quando ann partieella elettrizzata si m::ove nel tampo magnetico uniform% la componente di velocit~ prtsa setondo la direzione del tampo non h da questo modifitat% mentre la componente perpendicolare, pur conservando tssa pure il primitivo valore, eambia perb continuamente la sun direzione, in quanto c h e l a proiezione de1 moto della partitella sa di un piano normale al tampo ~ un moto circolare uniforme. II raggio p di tale eirconferenza ~ proporzionale alia componente v della veloeiti~ pre~a normalmente al campo e alia massa m della particella, mentre ~ in ragione inversa della earita e di essa e dell'intensitbo H del campo magnetico; di guisa the si pub serivere, indieando con k ~'/'b V

xma costante: i~----k H e "

Infine, il senso nel quale avviene

il moto tircolare, b quello stesso della corrente alia quale il campo pub essere attribuito, se si tratta di ann particella negativa (lone negativo oppure elettrone), ed ~ in senso opposto nel easo d' un lone positivo. Premesso tutto cib si pub far vedere, ricorrendo, come in tutte le questioni relative ai movimenti molecolari nei gas, a considerazioni dl indole statistica e ass~lmendo valori medii, corn% in causa della modificazione di forma (da rettilinea ad elicoidale) prodotta sulle traiettorie dei i o n i e degli elettroni dal campo magnetico, un malinello a quattro alette tome quello della fig. 14 debba assumere un moto di rotazione, quale stato osservato. Siano (fig. 15) 0 A, 0 B, O C, O D le quattro alette del m-alinello, rappresentate dalle loro intersezioni col piano di fig ar% the si b preso perpendicolare al campo magnetito, e rappresenti la freccia iv la direzione della eorren,te genera-

E~,I:][,~[O~NE

DI

IOl~I

],]D E L E % T R ( ~ I ~ [

ECC.

79

trice del eampo. Sin M un punto~ per ora preso nel piano di figura 7 nel quale ~na particella in moto, per esempio un elettrone, subisce ~n ultima eolllsione prima di giungere ad un determinato punto E dell'aletta 0 A. Per ragioni di simmetrla vi saraano ~dtrl punti 1~[~, M~ M3 simmetrici rispetto ad A B e d alla normale P E, da cui perverr,~nno pure sino in E dopo ur~'ultima collisione, degli elettroni con velocit's egualL Evidentemente i1 loro effetto complessivo 5 hullo, se non v'5 campo magnetico, poichb le traiettorie rettilinee ME~ M,E eee. sono due a due opposte.

ic

J A

M~

DI "-.xM :, Fig. 15.

Gli urti dovuti a quei quattro elettroni darebbero un'effetto nullo sull' aletta 0 A anche se esiste il campo magnetico, qualora non esistessero le alette O C e O D. ]~nfatti in tal caso le traiettorie ~lei quattro elettroni sono gli arehi di cerehlo M E, M~ E eec., percorsi (trattandosi di earica negativa) nel senso della freecia F~ e si ha compenso fra gli urti dovuti agli elettroni partiti da M ed M~, come pure fra quelli partiti da M~ ed Y[. Pei due primi gli urti avvengono secondo la direzione N E tangente agli arehi M E , EM3; per gli altri due secondo la direzione analoga della retta Nj E. Ora ~ chiaro, che la presenza delle alette 0 C, O D impedi-

80

A. R I G ~ I

see tale eompensazione, tanto meglio quanto pitt il punto E h a d esse vitin% e l' effetto risultante 6 quello di una rotazione interne ad O nel sense opposto a quello indicate della fretcia F . Infatti, se O C e O D riparano E dagli urti degli elettroni provenienti da M I e d M3, mentre per effetto del campo l' elettrone partite da ~ urta secondo la direzione N E, pifl vitina di M E alla normale, quello proveniente da M~ urta in E la faeeia opposta dl O A secondo la direzione di E N t pifl lontana dalla direzione P E, e perelb 1' urto sulla faeela superiore ha effetto predominante. Questo the si g detto per un punto M~ e pei punti M~ 35~ M 3 ad esso simmetrici nel mode indicate, potrb~ ripetersi per ogni sistema di quattro punti simmetrici rispetto ad 0 A ed E P. Anzi un tale sistema di punti potrg essere fuori dal piano della figura~ put rimanendo perb in un piano parallelo a questo, pureh6 si prendano in eonsiderazione non le intere veloeit~ degli elettroni, ma solo le lore tomponenti parallele ai detti piani. Infine tutto ci6 varrS~ quando per :E si prenda qualunque altro punto dell' aletta O :4_, tome pure varrs per eiastuna delle altre tre alette del mulinello. t~ quasi superfine il far notare, che nella realt~ generalmente non aeeade~ che nell' istante stesso in cui un elettrone, il cui ultimo tratto di pereorso libero va da M a d E, arriva in questo punto~ altri arrivino nel punto medesimo con eguale velocitk e partenti dai punti M~, M:, M a. Aecade inveee indubbiament% che degli elettroni arrivino in E a brevissimi intervalli con veloeitk di diverse grandezze e direzioni; me, siecome nessun motive esiste, perch~ il numero degli elettroni e le grandezze e direzioni delle lore velocitS= siano sistematieamente differenti fra le regionl di destra o di sinistra, oppure f r a i l disopra o il disotto dell' aletta~ eos~ in un intervallo di tempo, durante il quale sia assai grande il numero degli urti ehe avvengono in E, e tuttavia brevissimo rispetto al tempo richiesto dalla eonstatazione sperimentale della rotazione, si stabiliranno dei compensi in virt~ dei quell lk preeedtnte tonclusione rimane sostanzialmente valida. Si pub anehe dare al ragionamento la forma seguente. Mentre r elettrone, il quale dope un' ultima co]lisione mole-

EMISSIONE

DI

10NI

ED

]s

ECC.

81

co]are in M arriva in E~ urta l' aletta nella direzione ME, qualora non esista il campo magnetico~ esso percorre invece 1' arco di cerchio )I E se c'~ il camp% ed urta l ' a l e t t a nella direzione N E . Questa non ~ altro che la M E girata d ' u n eerto angolo intorno ad E nel senso della freceia F. Cib vero anche se, come nel caso de1 punto M~, l' elettrone ~ diretto verso la faccia inferiore di 0 A. Cib posto b ehiaro che, mentre se non esistesse l' aletta 0 C l'effetto complessivo degli arti sulla faccia superiore dell' aletta 0 A sarebbe equivalente ad una pressione continua diretta normalmente ad essa, per la presenza di 0 C l'effetto suddetto equivale evidentemente all' azione d' una forza continua avente una direzione eompresa nell' angolo A 0 C. Similmente l' effetto complessivo degli urti subiti dalla faccia inferiore di OA, stante la presenza di O D si ridurrk ad una forza uguale alia precedente avente una direzione compresa nell' angolo A 0 D. Quelle due forze sono eguali ed egualmente inelinate sul piano O A se non esiste il campo. N a quando questo agisee entrambe le forze girano d' un eerto angolo nel senso della freecia F, il momento della prima rispetto all' asse passante per 0 amnenta, mentre il momento della seeonda diminuisce, e per conseguenza l' aletta tende a girare nel senso opposto a quello delia freccia F, poieh~ tale il senso della rotazione, che tende a produrre la forza agenre sulla faccia superiore di 0 A. Quando si possedessero i valori nmnerici relativi alle quantitk, da cui il fenomeno dipende~ si potrebbe ricavarne qualehe criterio relativamente alle variazioni nella direzione d ' u r t o prodotte dal campo. Se H 6 i1 centro dell' arco 3 i E di raggio H E = p e si indica con d la distanza M E , con % l'angolo d' ineidenz.~ M E P relativo al caso in eui non esiste campo, con z l' angolo d' incidenza col campo, the g N E P, e infine con % l'angolo analogo N ~ E P , si ha subito dal d --sen(~r e se ne triangolo H G E : sen @r ~)~ 2 -

-

pub ricavare : 2~sen~

=y4~--d

~sen.%+dcos%

2 ~ sen ~, - - y 4 ~'~ - - d ~ sen ~o ~ d cos ~o~ ecc. Serie VI. l%l. I V

6

~

A. I%IGIII

L a grandezza della coppia, che fa girare il mulinello, dipende evidentemente da quella di ~ ed anzi il momento della detta coppia varia in senso inverso del raggio f~. E poich~ dalle precedenti formole risulta che sen ( % - - a ) (o sensibilmente % - - a se, come ~ da ritenersi, quest'angolo ~ sempre assai piccolo) b inversamente proporzionale a f~, cosl si riconosce, the il fenomeno della rotazione de1 mulinello sar~ tanto pill pronunziato, qnanto pi~k b piccolo il prodotto m v delia massa delle partieelle elettrizzate per la componente della loro velocitk presa normalmente al campo, e quanto pill grande ~ la loro cariea e c l'intensits H del campo magnetico. Nelle prime esperienze osservai sempre, che il mulinello (immerso, o quasi, nelle seintille) girava nel senso delia freceia F. Bisogna dunque ammettere, che 1' effetto era dovuto, non ad elettroni, ma a ioni positivi. E siccome b indubitata 1' esistenza intorno alia scintilla anche di elettroni e forse di ioni negativi, cosl bisogna credere, che i fenomeni di rotazione osservati eostituiseano un effetto differenziale. Vedremo pifl oltre come vi siano casi in cui predomina 1' effetto dovuto alia cariche negative, cio~ come si realizzi il caso della precedente spiegazione. Le rotazioni positive (ciob nel senso della eorrente magnetizzante) sono dunque precisamente quelle dovute all'azione del campo suile traiettorie dei ioni positivi; le rotazioni negative sono quelle dovute all' azione sulle particelle negative. Poich~ i fenomeni di rotazione descritti si produeon% mentre il corpo mobile ~ immerso in un gas ionizzato esposto all' azione d ' u n campo magnetico, credo conveniente la denominazione di ~otazioni iono-mag~etiche per i fenomeni stessi.

14. Esperienze di verifieazione. Alcune conseguenze facili a dedursi dalla spiegazione data trovano fedele riscontro nei fatti. Cosl un mulinello come quello della fig. 16, in cui le quattro alette A, B, C, D, possono scorrere su due fill rigidi

EMISSIONE DI IONI ED ELETTRONI lgCC.

83

disposti in croce sotto l' unclno di sospensione O, ha presentaro un comportament% quale la teoria faceva prevedere. In-

D

Bi

o C

I.... A .... ]

Fig. 16.

fatti, mentre tale mulinello deve assumere come quello della fig. 14 un moto di rotazione sotto l'azione del camp% dato che le alette siaao collocate presso O, la rotazione deve accadere coa erescente lentezza~ se esse sono allontanate dall'asse di rotazione~ e spinte sino alle posizioni indicate l nella figura. Infatti, quando siano in ~::~r~ tal modo disposte, esse pill non esercitano il loro ufficio di ripararsi a Y vicenda contro gll urti di una parte dei ioni o degli elettroni. Orbene, l' esperienza db, piena conferma di [=~===~ simile previsione. ~ [~l X In un'altra esperienza di verificazione hofatto uso d'una semplice la.minetta piana di mica A B (fig. 17) fissata ad un'asticella orizzontale A E F portata da una sospensione y X I bifilare, costituita dai fili C E, D F. Quando a poca distanza e al disoFig. 17.

84

A. RIGH[

pra di essa scoccano le scintille, e poi si crea il campo magnetico diretto verticalment% si osserva spesso un moto di rotazione, contrariamente a cib che s prevedere la teoria, seeondo la quale si dovrebbe avere compenso perfetto fca gli urti subiti dalte due faccie. In realt~ 1' anomalia dovuta alla circostanza, che l' emissione di ioni avviene sopratutto dalle regionl attigue agli elettrodi. 1Via se una lastra piana verticale viene collocata in X X perpendieolarmente al piano della laminetta mobile, essa fa l' ufficio di riparare da un lato quest'ultima dagli urti~ e subito si manifesta uno spostamento angolare nel senso previsto dalla teoria. Se poi invece che in X X, la lastra fissa "~ collocata in u lo spostamento della laminetta sospesa avviene in senso inverso~ come si poteva prevedere. Aleune delle esperienze descritte pih avanti si possono considerare esse pure come esperienze di verificazione della teoria.

15. Rotazione di corpi di svariate forme. Si ottengono le rotazioni ionomagnetiche con corpi sospesi aventi forme differentissime. Se ne pub rendere conto in modo abbastanza sempliee mediante le considerazioni segaenti. Servendoci nuovalnente della fig. 15 supponiamo ehe non esista l' aletta O C, e che i ioni possano urtare la faccia superiore ma non quella inferiore della lamina piana A B. Considerando gli urti che si verifieano nel punto E ~. eombinanda que]li ehe si eomplono in modo simmetrico rispetto alla normale P E , si riconosce subito, ehe, quando non esista il campo magnetico 1' effetto risultante ~ equivalente a quello d' un urtQ unico diretto seeondo P E. Infatti le quantit~ di moto delle particelle che arrivano secondo M E ed 3I~ E hanno aria risultante seeondo P E, ed altrettanto pub dirsi per tutte le coppie di punti analoghe alla coppia M,S[~. Se il campo agisce, l'effetto risultante di tutti gli urti risulta invece diretto obliqnamente.

EMISSIONE

I)I IONI ED

ELETTRONI

ECC.

85

Infatti~ eonsiderando dapprima la eoppia di punti M eel M~, subito si seorge~ ehe gli urti degli elettroni provenienti da essi hanno luogo seeondo N E , N IE~ con una risultante ehe fa con P E e alla destra di" P E un angolo e - - % . Lo stesso aeeade (salvo il valore di detto angolo) per tutte le eoppie di punti analoghe~ anehe se giaeenti in piani paralleli a quello della figura~ poiehg in tal easo si deve tenet eonto naturalmente delle sole eomponentl delle veloeit~ parallele ai detti piani. Nell'ipotesi ammessa eostruendo la figura, e eiog ehe il eampo sia dovuto ad una eorrente diretta come la freeeia F e ehe si tratti di elettroni, l'effetto eomplessivo degli urti sar~ uguale a quello di un urto unieo avente una direzione eompresa nell' angolo P E B~ e glaeente nel piano della figura. Ci5 evidentemente si verifiea per una lastra piana qualunque A B~ anehe se non g perpendieolare al piano della figura~ come pure per un elemento di superfieie qualunque~ dato ehe non vi siano eorpi vieini o sporgenze ehe impediseano in parte il bombgrdamento sull' elemento di superfieie eonsiderato. A rlgore vi saranno a slnistra del punto E dei punti~ da eul possono pervenire acl E delle partieelle quando v'h il eampo e non quando il eampo non esiste. Inversamente aeeadr'~ a destra, l~Ia queste eireostanze non possono ehe influire qualehe poeo sul vMore della risultante degli urti, senza modifleare la eonelusione prineipale. In base a ei5 g agevole eomprendere come avvengano le rotazioni di eorpi sospesi~ ehe non abbiano 1~ forma di mulinelli. Si eonsideri per esempio uu solido in foi.ma di prisma o di parallelepipedo~.eome a fig. 18~ sospeso ad un fllo al posto del solito mulinello entro l'appareeehio fig. 6 (oppure fig. 23). Le quattro faeeie vertieali rieeveranno gli urti eoll' obliquit~ in senso eoneorde~ quando esiste un eampo diretto parMlelamente all' asse di rotazione~ in modo da aversi la rotazione in un senso~ ehe g opposto a quello della freeeia F della fig. 15~ se si tratta di partleelle negative.

86

A. RI~UI

chiaro infatti, the scomponendo 1' impulso totale secondo la normale e secondo una pa~'allela a claseuna faecia del eorpo, mentre le eomponenti normali su faccie opposte si elidono nel loro effetto, le eomponenti parallele cospirano a prodnrre la rotazione. Altrettanto avverr~ ne! caso di m~

1 Fig. t8. corpo cilindric% come b e c fig. 18, oppure sferico come d o d' altra forma di rivoluzion% in quanto che 1' obliquitg prodotta dal eampo sulla direzione dell' urto o impulso risultante si verifiea anehe per elementi di superficie che non siano paralleli all' asse di rotazione. Si potrebbe pensare, che le componenti parallele alla superficie del cort?o sospeso non debbano avere effetto. E eib deve ritenersi evidente qualora si considerino le superficle dei corpi reali come superfici matematiehe. Ma nasee (tui quella stessa delicata questione~ che si dovette affrontare a proposito dl certe esperienze relative alla presslone della lueer Per eliminare 1' effetto radiometrico, che complica quelle e-

EMISSIO~NE DI IONI ED ELETTRONI ECC.

87

sperienze, sl pensb fra altro di fissare delle laminette affumicate perpendicolarmente ad an asticella orizzolltale sospesa ad un filo di torsione, per fare poi cadere le radiazioni obbliquamente su di esse. Orbene Hull verificb sperimentalmente ')~ che l' effetto radiometrico si manifesta ancor% perch~ in confronto delle dimensioni delle molecole gassose le superfici delle laminctte non debbono pill considerarsi come piani geometrici, ma invece come superfici scabre e rugos% che ricevono urti anehe da molecole gassose che si muovano parallelamcnte a cib che appare come loro superficie. Analogamente accadrs per gli urti prodotti dalle particelle elettrizzate contro la superficie del corpo sospeso, e percib non sar~ lecito traseurare le componenti .'telle velocits presa parallelamente alla superfieie, le quali anzi avranno pieno effetto. D' altronde si conoscono gi'~ delle esperienze, helle quali appare manis l' azione delle componenti di velocit'& parallele alla superficie urtata. 1~ noto infatti, che si ottiene la rotazione di un disco di mic% facendolo colpire da raggi catodici in una regione periferica d' una sua faccla con tale direzione, che vi sia un componente di velocit'~ parallels al disco; c si ottiene in circostanze analoghe la rotazione d' un disco mobile intorno al proprio ass% collocato entro un radiometro a poca distanza dal mulinello immobilizzato. :Per comprendere poi come si abbiano le rotazioni anche con corpi sospesi di forme irregolari, la cui superficie supporremo perb senza parti rientranti, si pub ragionare come segue. Sia (fig. 1 9 ) 0 la traccia sul piano di figur% sempre perpendicolare al camp% dell' asse di rotazione, parallelo al campo stesso, 5I/~i' una porzione della superficie del corpo mobile. Quando non esiste campo magnetlco 1' effetto risultante degli urti sopra un elemento M di superfieie (chc non ~ ne6essario supporre perpendicolare al piano di figura) 6 una forza diretta secondo la normal% che si proietta in H M, ed ha rispetto all' asse un momento proporzionalc ad 0 A - - - 0 ! V [ ') P!~ys. Rev. Yol. XX, pag. 298.

88

A.

RIG~I

sea co, dicendo co 1' angolo A M O. Creato il eampo, la detta forza assume la direzione K M ed il suo momento g proporzionale ad O B ---~0 M sen (co -d- a), dicendo a l'angolo H M K .

/

;,,

"M

K

\', . <

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1

/

-',\\ ,/./ "~, Z ~ , Fig. 19. Nel caso dell' elcmento 3/[ e mentre non v ' e campo la forza diretta secondo H M tende a far girare il corpo in senso contrario delia freccia: col campo si ha ugaal senso di rotazione ma maggior momento. P e r an altro element% come M'~ potrk accader% che il momento delia forza diretta seeondo I-IM' senza campo e coil momento proporzionale ad 0 A' tenda a prod~lrre and rotazione nel senso della frecela; ina in tal caso quando v ' ~ il campo e la forza rappresentante 1' effetto degli arti sull' elemento M' assume la direzione K'M', il momento ~ minore~ perch~ proporzionale ad 0 B ' che ~ minore di 0A_'. L' effetto del campo ~ dumtue hello stesso senso che nel caso dell' elemento 3I. E poich~ senza campo il corpo sospeso non gira, gli eG .~etti prodotti dal magnetismo sugli urt[ che avvengano in tatti

:E~IISSIOI~E D I

IOl~I E D

1 d L E T T R O l g I ECC.

89

gli elementi della superfieie del corpo cooperano a determinarne la rotazione. Si eselude, come ho detto, c h e l a superfieie de1 corpo abbia patti ricntranti, ed anche che essa passi per 1' asse di rotazion% perch~ in questi casi il ragionamento cade in difetto.

16. Verificazioni sperimentali della precedente teoria. Senza la minima difficolt~ le esperienze verificarono di tutto punto le spiegazioni esposte nel precedente paragrafo. Corpi di varie forme, diverse anehe da quelle rappresentate nella fig. ] 8~ diedero l' effetto previst% allorch~ furono sospesi in prossimitk delle scintille o in esse immersi. Naturalmente occorre che i corpi sospesi siano di massa piceolissima. Ho adoperato di preferenza dei parallelepipedi a, dei cilindri o anelli cilindrici come b e c formati con carta velina~ oppure con lastrinc d' alluminio non pifi grosse di l/~odi millimetro, e infine delle sferette esilissime di vetro come d. Queste ultime quando avevano circa 15 ram. di diaInetro pesavano '/:~ di grammo, un cilindro d' alluminio alto 20 mm. e di circa 15 mm. di diametro pesava '/8 di grammo, mentre fatto con carta pesava '/,3 di grammo. Con questi leggerissimi corpi sospesi le rotazioni possono divenire molto rapide. L' inversione di esse all' inversione del campo ~ assai pronta. Naturalmente con corpi sospesi di maggiore inerzia, nell' atto in cui il campo venga invertito, la rotazione comincia col rallentare, e solo dopo un certo tempo si vede il corpo arrestarsi un istante e poi assumere la rotazione opposta. ~ o n bisogna poi dimenticare, che la rotazione rallenta e poi cessa-anche a campo costante, in causa della crescente torsione del filo di sospensione. Se invece di sospendere il corpo lo si mette in bilico sopra una punt% come l' ago d' una bussola~ quell' arresto non avviene; ma in generale in causa dell' attrito occorre impiegare scariche e campi assai intensi, perch~ le rotazioni abbiano luogo. L a sostanza da cui ~ costituito il cQrpo sospeso ha qualche importanza. Se esso ~ s con carta~ ~ bene che questa

90

A. RI~H~

sin verniciat% onde nell' aria rarefatta non emetta vapore d' acqua e si accartocci. Se il corpo ~ isolante~ esso pub elettrilizzarsi in qualche sun parte, speeialmente se 6 immerso nelle scintille~ ed allora assume moti irregolari dovuti a forze elettriche. Go stesso aceade se, par essendo eonduttore, esso ha forma non di rivoluzione, perch6 pub mostrare tendenza ad orientarsi nel campo elettrico the esiste durante la produzione delle scintille. Per certe esperienze~ che si descriveranno pifi avanti, onde evitare simili inconvenienti ho dovuto far uso, o di cilindri d' alluminio di forn~a regolarissima, o di sferette di vetro esternamente argentate. Per rendere meglio apparenti le rotazioni ho l'uso di dipingere a righe eolorate la superfieie dei corpi giranti. Per esempio i cilindri presentano striscie d' aspetto alternato e dirette secondo le generatrici. Una notevole verificazione della spiegazione data si ha nella seguente esperienza. In un tubo della forma consueta ir~ queste ricerche, formato di due parti A B, O D (fig. 20 a circa ']3 del vero)~ le cui estremita coniehe e smerigliate chiudono a buona tenuta, 6 sospeso un grande cilindro T U W V leggerissimo e aperto al disotto~ in modo che gli elettrodi E ed F, fra i quali si formeranno poi le scintille della lunghezza di circa 5 centimetri e quasi verticali, penetrino colle loro estremit~ entro il cilindro stesso. Questo pub sollevarsi pih o meno merc~ la solita disposizione P Q. Quando si eccita il rocchetto R il eilindro assume un moto di rotazione~ e questa s'inverte invertendo la corrente. Ora, se si eonsiderano nella figura 15 gli urti, che sotto 1' azione del eampo hanno luogo sulla faeeia inferiore di A B , si vede s~bito, che essi tendono a spostare A B in senso opposto a quello dello spostamento the tendono a produrre gli urti, considerati preeedentemente~ sulla faeeia superiore. Go stesso avviene per ogni elemento piano del eilindro preso in considerazione pi~k sopra~ di guisa che, se questo invece che esteruamente riceve internamente gli urti degli elettroni o dei ioni, esso deve assumere, a parit~ dells altre eircostanze, una rotazione di senso contrario a quello della rotazione the si produce colla disposizione finora adottata.

EMISSI0~NE D I I O N I E D

E L E T T R O N ! r ECC,

91

Questa previsions risulta verificata. Xnfatti~ mentre con u a cilindro sospeso al disotto della scintilla anche se ~ a questa assai vicino si ha quasi sempre, e specialmente se la pressione delF aria non b assai piccola~ una rotazione negativa, colla disposizione della fig. 20 ho ottenuto sempre una rotazione positiva~ cio~ ne[ senso della eorrente che circola nel rocchetto R generatore del campo magnetico.

|

Fig. 20. P e r alcune delle esperienze descri~tte pi~. avanti non lecito perb applicare senza speciali riguardi la preeedente

~2

A. RIGHI

teoria a rendere eonto d' ogni loro partitolaritk. Infatti, nelle precedenti considerazioni si g dovuto partire dall'ipotesi, che in ogni regione del gas le particelle elettrizzate~ che si mxlo-r fra le moleeole, siano egualmente abbondanti e seg~lano indifferentemcnte ogni direzione di moto, senza che vi siano direzioni privilegiate o preferite. Invece, quando la ionizzazione del gas ~ quclla prodotta dalle seintille, esistono notevoli differenze fra regione e regione del gas, non solo in quanto al numero dei ioni o degli elettroni presenti, ma anche in quanto alle direzioni secondo cui prevalentemente si muovono le particelle eltttrizzate. Ci6 risult6 partitolarmente dalle espcrienze descritte nella Parte Prima. Ora ~ chiar% che per dare spiegazione d' ogni particolarit~ dei fenomeni di rotazione ionomagnetiea sarebbe neeessario conoscere ton precisione come sono distribuite~ almeno nella regione circondante il corpo girevole, le partitelle elettrizzate sin in riguardo al numero di esse per ciascuno dei due segni, sin in rigaardo alle grandezze e direzioni delle loro velocit'~; e tali nozioni non si posseggono tile in poem casi e in modo incompleto.

17. Rotazioni e varie distanzc della scintilla.

Un fatto, the dapprincipio m' imbarazzb alquanto, ma the poi riconobbi perfettamente eonsentaneo all' immaginata teoria, fu da me constatato, non appena mi atcinsi a studiare da vicino le rotazioni prodotte dal eampo magnetico. Dopo aver visto le rotazionl posit!re del mulinello (tipo fig. 14) sospeso fra gli elettrodi C e D (fig. 6) d' uno dei soliti apparecchi, lo abbassal alqaanto facendo girare il tabo PQ~ in modo che fosse interamente fuori dalla scintilla. I1 mulinello dapprima rallentb la sua rotazione (o si raise a rtlotare in senso opposto a prima se la torsione del filo di sospcnsione gi~ Io aveva arrestat@ e poseia finl coll' assumere una rotazione considerevole in senso inverso a quello iniziale. Invertendo la corrente si riproduceva la rotazione nel senso primitivo, ed in conclusione si raggiungeva una perfetta inverslone del fenomeno; cio~ si constatavano le rotazioni negative.

EMISSIONE

DI I O N I E D

ELETTRONI

ECC.

93

Seeondo 1' esposta spiegazione questo fatto ~ assai sempliee. Entre la scintilla e in prossimit~ di essa 1' effetto dovuto ai ioni positivi predomina su quello di sense contrario ehe si deve agli elettroni; invece a distanza dalla scintilla g quest'ultimo effetto the prende il sopravvento saw altro. Cib g d' aeeordo con Cluanto indicarono le esperienze della prima parte di qaesta memoria; dalle quali risultb~ se non il predominio delle partieelle negative, almeno la minor preponderanza di quelle positive, a distanza abbastanza grande dalla scintilla. Se invece di far scendere il mulinello sotto la scintilla, lo si solleva, tanto ehe finisea eel trovarsi al disopra della regione hlminosa~ si osservano effetti analoghi, con questa differenza perb~ ehe il eampo magnetieo nel luogo oeeupato dal mulinello essendo a parit~ di eorrente eeeitatriee meno intense di prima, le rotazioni sono un poeo meno veloei. Non vi ha dubbio ehe tale differenza sparirebbe~ se inveee di ereare il eampo con nn unieo roeehetto posto sotto l'appareeehio, se ne adoperassero due assai grandi e a larghi poli posti uno sopra e l'altro sort% in mode da determinate un eampo sensibilmente uniforme. superfluo quasi l' aggiungere, che in queste~ come in tutte le esperienze ehe andrb descrivendo, non si ha nessun cambiamento sostanziale col sostituire al mulinello un eorpo leggiero qualunque, per esempio uno di quelli della fig. 18, i (luali anzi sono spesso, come si v e d r ~ da preferirsi. Una volta collocato il corpo girevole fuori dalla scintilla in una data posizione pub aceadere~ the il eampo magnetico eceiti rotazioni positive~ come quando esso si trovava immerso nella scintilla. D' altra parte pub aceadere, particolarmente nel caso eli sfere e cilindri, the la rotazione ionomagnetica sin neg a t i w anche quando fl eorpo sospeso g entro la scintilla. Sono varie le cause da cui dipende il segno di detta rotazione, ed eeeo quanto ho rieavato da esperienze speeialmente istituite in vista'di chiarire quali siano le circostanze influenti.

04

A. RIGI~

18. Influenza della pressione e natura del gas. Come si ~ veduto, mentre la rotazione del corpo sospeso generalmente posltiva, quando esso ~ immerso nella scintilla, essa 41viene negativa, allorch~ il corpo stesso viene suffidentemente abbassato e con ei6 allontanato dalla scintilla. L a allstanza fra il eorpo mobile e la retta C D (fig. 6) ehe eongiunge gli elettrodi, per la quale avviene 1' inversione di segno della rotazione ionomagnetica~ varia al variare della pressione e della natura del gas rarefatto. Dalle numerose role esperienze fatte in proposito mi risulta~ ehe 1' inversione d_i segno aceade a4 una distanza ira corpo mobile e scintilla tanto maggiore, quanto pi~ piecola la pressione. Anzi quando la rarefazione ~ assai spinta pub non essere pi~ ottenibile la rotazlone negativa. Ne eonsegue che per una data posizione del corpo mobile potr~ aversi rotazione negativa per certe pressioni e rotazione positiva per pressioni inferiori ad un certo valore, pel quale il eorpo non si muove affatto. Ecco come esempio una serie di risultati numerici. :Nell' apparecchio fig. 6 era sospeso un cilindretto alto 10 m'" e di 15 mm di diametr% e la sua base superiore si trovava 2 centimetri al dlsotto della retta C D. Le condizioai sperimentall erano le seguenti: Capacitg C ~--- 37620, s ~ 2. Indico con P la pressione e con R la torsione del filo c h e f a equilibrio alla coppia producente la rotazione. Essa valutata in gradi (colla precisione di circa 5 ~ ei6 ehe ~ sufficiente nel caso attuale), eel ~ affetta dal segno algebrico indicante il verso della rotazione. Le prime due colonne delia tabella seguente riguardano misure s con aria entro l'apparecehio~ le altr% a cui mi riferir6 pi~t tardi, riguardano misure fatte con idrogeno

:EMISSIONE DI

IONI ED

FLETTRONI

Aria

Idrogeno

P 2,4 2,1

P

R mill,

95

ECC.

__ --

1,3

10 o

2,5

R mm.

--

140

110

2,1

50

205

lfi

135

1,2

--

120

1,34

-4-

90

0,9

q-

170

1,07

-~-

160

0,78

q-

175

0,73

q--

165

0,65

q-

180

0748

q-

150

0,61

q--

180

0,27

q-

130

0,50

q-

170

0,40

q-

160

0,32

-4-

148

0,18

+

120

Non solo si ha da questi numeri la prova del tatto, che al variare graduale della pressione la rotazione pub perfino cambiare segno, ma si scorge ancoru come~ indipendentemente dal segao, essa divenga minore sia per pressloni molto alt% sia per pressioni molto piccole. Si ha cio$ un andamento simile a quello constatato rispetto all' intensitk del bombardamento, prodotto senza campo magnetico dalle seintille. Anche qui la prima diminuzione si dovra attribuire alla troppo grande fi,equenza dells collisivni, che necessariamente devono rendere meno grande lo spazio intorno alla scintilla in cui i fenomeni studiati possono manifestarsi; la seeonda diminuzione sark inveee dovuta alla riduzione del numero delle moleeole gassose esistenti, e quindi anche del numero di ioni ed elettroni messi in giuoco. Questa esistenza d' una pressione, cui corrisponde 1' effetto massimo, 6 stata confermata da altre misure, fatte queste con

~QG

A. R~GHI

sospensione bifilare e corpo mobile munito di specchietto, allo seopo di far letture con cannoeehiale e scala, precisamente come per le ultime esperienze del w 7. I1 eorpo sospeso era un eilindro leggero di 30 ram. di diametro ed 1 cent. di altezza posto 1 eentimetro al disotto delle scintille. C ed s avevano gli stessi valori come helle esperienze precedenti; P ~ la pression% D la deviazione in unit~ arbitraria:

P zlx~4 r a m .

2,4

1~95

1,53

0,78

0,34

0,13

D

74,5

80

91,1

108,1

82,9

16~2

38,2

L a rotazione era qui sempre negativa. Quanto poi all'influenza, ehe ha sui fenomeni la natura dal gas, non he a riferire ehe poche esperienze, di guisa che in questa direzione, tome del resto in diverse altre, v ' b materia per rieerehe ulteriori. Ebbi occasione di notare pieeole variazioni negli effetti osservati, ehe mi parvero spieg'abili soltanto celia presenza in certi easi e eoUa mancanza in altri easl di vapor acqueo entre l'apparecchio. Cosl una volta, adoperando eorpi sospesi fatti con carta non verniciata~ notai dope an eerto tempo, durante il quale 1' anidride fosforica annessa aUa pompa aveva y o r e similmente assorbito il vapor acqueo emesso dalla earta e dalla eolla, e h e l a rotazione, a paritk di pressione e di eampo magnetieo, aveva cambiato segno. Avendo allora sostituito all' aria dell' ich,ogeno ottenni analoghe variazioni. Come appare dalla 3 ~ e 4 ~ colonna della penultima tabella, l'inversione di segno della rotazione ionomagnetica~ avviene nel ease dell' idrogeno ad uu valore della pressione minore ehe nel case dell' aria. Si vede infatti, che ad una pressione di 1,34 la rotazione positiva nell' idrogeno, mentre ~ negativa nell' aria alla medesima pressione.

~?MISSIO:NE DI IO:NI DiD ELETTRO~NI ]~CC.

97

19. l l t r e e i r e o s t a n z e t h e influiscono sul segno della rotazione. Si ~ visto nel w 8, che l' emissione di ioni e d ' e l e t t r o n i b~ pih abbondante dagli elettrodi, o dalle regioni ad essi attigue che dal resto delle scintille, e si ~ trovato ancora che per 1' emissione di ioni positivi la differenza g pifi mlarcata ehe per l' emlissione di elettroni. Ne consegue ch% secondo ogni probabilit~, i] senso delle rotazioni potrk eventualmente m u t a r e se Illantenendo il corpo girevole ad una data distanza dalla retta congiungente gli elettrodi, esso ~ collocato o presso uno di questi o presso il mezzo della scintilla. t t o riconosciuto chc cib realmlente accade imlpiegando anche per tale scopo l' apparecchio della fig. 10. I n R ho sospeso a n cilindretto di c a r t a alto 10 ram. e di 10 ram. di diametro, la cui base inferiore pub collocarsi ad u n a distanza d variabile dall' asse coillune B C dei due e]ettrodl. I n t a n t o sotto l' apparecchio g collocato il rocchetto, col suo asse sul prolungamento del ~ilo di sospensione. H o Illisurato a diverse pressioni e p e r diversi valori d i d la torsione del filo capace di a r r e s t a r e la rotazione, ora col corpo sospeso R al disopra del mezzo della scintilla (come nella figura)~ ora dopo a v e r spostato verso sinistra il slstema A B C D E , sinch~ al disotto del corpo mobile R capitasse l' estremit~ dell' elettrodo C. Ecco i risultati di qualcuna di simili esperienze. Con E indicato il caso in cui sotto R trovasi l' estremit~ di un elettrodo, con M quelto in cui sotto 1~ si trova~ come nella figura~ la p a r t e medlana della scintilla.

] 0 millo

15

~

20

~

Pressione 0,85

Pressione 1,1

E

E

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800

+

3000

10 mml.

__ 330 ~ - p

900

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15

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350

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600

20

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45 o 350

_

35 ~

7

9~

A. RI.GHI

Considerando, per esempio, le ultime esperienze nelle quali l'aria era alla pressione di 1 ..... ,1 cd il corpo R era al disopra dcl mezzo della scintilla (colonna 1Vf), si scorge che, come gi~ risultb dallc esperienze fatte coil' apparecchio fig. 6, si ha rotazione positiva vieino alia scintilla, e rotazione negativa a maggior distanza. Invece, quando il cilindretto mobile stava al disopra dell' elettrodo (colonna E ) s i ebbero rotazioni negative, anche quando il cilindretto medcsimo era assai vicino alla scintilla. Le esperienze fatte alla pressione di 0m,85 mostrano anch' csse il predominio dell' cffetto prodotto dagli urti degli clettroni su quello degli urti dei ioni positivi, allorch~ il cilindrctto b a l disopra dell' clettrodo. Si poteva forse prevedere un risultato opposto; ma ogni previsione basata soltanto sulla prevalenza numerica delle particelle positive o delle negative non b attendibile. Nella spiegazionc esposta nei w 13 e 15 si b considerato come egualmente abbondante per qualsiasi direzione il numero delle particelle elettrizzate in movimento; ma in realtY, e segnatamente nell' immediata vicinanza delle seintille, le particellc hanno certc prevalenti direzioni di moto, spccialmente le positive, e non si pub prevederc senz' altro se la loro efficaeia in quanto a produrre rotazioni sia pifl o meno grandc in causa di tal prcvalenza di direzione. L' influenza della posizione relativa della scintilla e del corpo mobile, a parith della distanza che li separa, si manifesta altr6sl col porte semplicemcnte il detto corpo a fianco della scintilla anzich~ sopra o sotto di essa, come si ~ supposto di fare sin q'ai. Questa considerazione mi condusse alia costruzione dell' apparecchio rappresentato ad ~[3 del vero nella fig. 21. I1 corpo girevole 1V[ g sospeso nel solito modo.(e cio~ cow intervento del giunto conico E F che permette di collocarlo a varie altezze) entro un tubo orizzontale A A, in cui si f-t il vuoto per mezzo del cannello B, e che ~ collocato sopra il rocchetto R. Le scintille seoccano fra due elettrodi orizzontali analoglfi a quelli segnati B e C nella fig. 4 ; m a siceome essi sono diretti perpendieolarmente al piano della figura, cosl essi appaiono nella fig. 21 in C visti nel senso della lunghezza.

EMISSIGD;E

DI

IO.NI

ED

ELETTR0~I

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ECC.

I1 tubo descritw ds luogo a rotazioni negative del corpo M !salvo il caso di rarefazione grandissima) anche quando le cor.dizioni dell'esperienza sono tali, che il corpo M assuma

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Fig. 21. una rotazione positiva, collocato che sin sopra o sotto la scintilla. Questo fatto mi ~ sembrato abbastanza interessante, perch~ costruissi un nuovo apparecchio~ in cui si producessero simultaneamente le due rotazioni opposte. Esso h rappresentato~ sempre a '/a della grandezza natu,'al% dalla fig. 22. Il pallone 0 0 porta due elettrodi~ che in esso penetrano orizzontalmente e si proiettano nel cerchio A, essendo essi di.retti perpendicolarmente al piano della figura. Le scintille che scoccano fra essi sono lunghe circa 5 centimetri. In alto il pallone ha due tubi B, C, portanti le sospensioni dei due cilindri girevoll F, G, posti ad uguali distanze dalla retta congiungente gli elettrodi, ma uno F al disotto e l'altro G di fianco ad essa. Con opportuno grado dl rarefazione :F assume rotazione positiva e G negativa, per

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A. mc4ai

opera d ' u n rocehetto posto sotto al pallone e non rappresentaro nella figura. Le rotazioni di senso opposto dei dae cilindretti s'invertono entrambe quando s'inverte la eorre~te generatriee del eampo.

c fI o

Fig. 22. specialmente nel caso in cui il corpo mobile b alia stessa alte~za della scintilla (come M nella fig. 21 e G nella fig. 22) che l'uso d ' u n a sfera o d ' u n cilindro ~ pres a quello d ' u n parallelepipedo, o del mulinello ad alette verticall (fig'. 14). Infatti, insieme alia rotazione ionomagnetica si manifesta il bombardamento diretto, in virth del quale M (fig. 21) come respinto, ed il suo filo di sospensione E ~ s'inclina visibilmente. Tale apparente ripfilsione non perturba la rotazione ionomagnetica, s e i l corpo mobile b limitato da una saper~eie di rivoluzione intorno Ml'asse di rotazione; ma ci6

E~IISSIONE DI

ION[ E D

ELETTROIgl

ECC.

t01

pib~ non si verifica se iV[ ~ per esempio, un eubetto o un mulinello. Esso ~ allora sospinto dal bombardamento con variabile intensitY, d'onde una irregolarit~ e una intermittenza negli effetti ottenuti. Cib che v'ha eli meglio ~ far uso, o di un cilindretto eli lamina d'alluminio eli forma assai perfetta o di una sferetta di vetro esternamente argentata~ onde evitare anehe le perturbazioni dovute ad aceidentali cariche superflciali. Anehe la varia intensit~t del campo magnetico manifesta una eerta influenza sul segno della rotazione ionomagnetiea. Infatti ho notato pih d ' u n a volta, che una rotazione positiva d ' u n eilinclretto sospeso al disotto della scintilla si cambiava in rotazione negativa, quando l'intenslts della corrente magnet[zzante si aumentawt da 2 a 16 ampere, nel qual ultimo caso il eampo magnetico (1500 gauss a 15 mm. della faeeia polare del roeehetto) assumeva l'intensit~ normalmente adoperata l~elle attuali rieerehe. Anehe questa inversione di segno delle rotazioni non deve sorprendere, se si tien conto delle coasiderazioni fatte pi~ sopra. Dirb infine d ' a n ultima eircostanza, ehe influisce sul segno delle rotazioni, quella cio~ di elettrodi aventi super6ei molto differenti in estensione. L'appareechio della fig. 23 (scala '/~ del veto) formato di dub parti eombaeianti a tenuta~ e ehe presenta press'a poeo la forma definitiva di quello della fig. 6, eontiene oltre al eilindretto W sospeso col solito sistema, gli elettrodi C~ D, ed eolloeato sopra il rocchetto R destinato a ereare il eampo magnetico. Esso diversifiea dagli appareoehi finora adoperati in eib, ehe mentre uno degli elettrodi D ha la solita forma~ l'altro C g una lamina rettangolare di c i r c a sei per sette eentimetri; eurvata in modo da adattarsi alla parete. Per eomoditS, dell'esperie~za gli elettrodi non eomunieano direttamente eolle armature esterne dei eondensatori C~ C (fig. 1), ma tall eomunieazioni sono fatte eoll'interposizione di up inve'rs.)re. Con questa disposizione si eonstata~ ehe si ottiene un aumento nella veloeit~ di rotazione del eilindro W, o inveee ann diminuzion% ogni volta ehe si fa agire l'inversore. At~zi nel seeondo easo si pub ottenere perfino una inversione di segno della rotazione ionomagnetiea. In ogni easo

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.. ~mm

dunqu% se sl aspetta che il corpo sospeso si arresti in caust~ della torsione del filo di sospensione, esso si rimette in moto, spesso facendo parecchi girl o nello stesso senso o in sens(, opposto rispetto alia rotazione gig. in preeedenza compiu~a r allorchh.si effettua l'inversione delle comunicazioni elettriche.

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I

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Fig. 23.

In chc senso il fenomeno sl compia~ si pub emmeiare nel modo seg.uente. Se l'elettrodo C comunica coll' armatura esterna del eondensatore, il quale rlceve dalla macchina elettriea l'elettricitk positiv% ossia se l'elettrodo C 6 catodo rispetto alla scarica fra C e D (fig. 23), si ha tendenza alh~ rotazione negativa. Nataralmente si ha opFosta tendenza nel easo in cui C sia anodo. Questo fatto pub spiegarsi con faciliG. Quando l'elettrodo C 6 positivo esso raccoglie sa dl s6 rapidamente molti clettroni~ in modo che si ha pilk facilmente il sopravvento de~le

IiiMISSIO.NE D I

IONI ED

ELETTR0~I

ECC.

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partieelle positive in quanto al determinare il segno della rotazione. Quando C ~ negative si ha il risultato oppost% a quanto pare per5 meno pronunciato. ~L'esperienza deseritta pub essere assai perfezionata liberandola da un inconvenient% il quale consists in ci6~ she al cambiare i segni dells cariche degli elettrodi muta anche la forma e i l luogo occupato dalle scintill% sicche nascg il dubbi% che le variazioni osservate possano dipendere dalla modificata posizione relativa fra scintilla e corpo mobile. I1 perfezionamento consiste in quest% e cio~ nel tornare alla forma usuale degli elettrodi~ facendo C (fig. 23) identico a D~ e nel fasciare esternamente l'apparecchi% per esempio dagli elettrodi in gih~ con una foglia metallica comunicante con C. ~[ risultati che in tal mode si ottengono sono gli stessi gig deseritti~ e si spiegano nella stessa maniera e ciog hanno per causa la diminuzione nel numero di quelle particelle elettrizzate (ioni o elettroni)~ la cui carica ~ di segno contrario a quello della foglia metalliea~ la quale infatti le attira sulle par e t i e le sottrae cosi dalla massa gassosa. A questa interpretazione non si oppone la circostanza dell'essere verosimilmente oseillatorie le scarlche in queste esperienze. Infatti la prima fase d'ogni searica avrg eertamente un effetto preponderante. 20. Rotazioni ionomagnetiche in gas ionizzati comunque. Dalla spiegazione data per le rotazioni ionomagnetiehe risulta chiarament% she ends abbia luogo quel fenomeno null'altro si richiede she la presenza in un gas di ioni o di elettroni e l'esistenza d'un eampo magnetico. Esso deve prodursi dunque indipertdentemente dalla maniera~ nella quale avviene la ionizzazione del gas; e poich~ non sono poehe le oceasioni she si presentarono ai fisici~ durante le ricerehe relative al]'azione del magnetismo sulle scariche, eli constatare quelle rotazioni~ pub recare qualche sorpresa il fatt% che mai prima d'ora siano state scoperte. 3Ia mi sono ben presto persuaso, istituendo esperienze apposite che descriverb brevement% che il fenomeno dells rotazioni ionomagnbtiche si manifesta effet-

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tivamente in ogni easo it,_ eui siano soddisfatte le dub eo~td[zioni enuneiate, ma generahnente con una eosl pieeola inteltsitg~ da sfuggire all'attenzione di e h i n o s ne abbia fatto 1o seopo d'una indagine speeiale. E el6 si spiega agevolmente. Le rotazioni eostituissono un fenonleno differenzial% ossia la manifestazione della differenza fra opposti fenomsni, quello della rotazione positiv% ehe tendono a produrre i ioni positivi~ e quello della rotazione negativa~ she tendono a produrre gli elettroni ed i ioni negativi (se anehe di quesfi esistono nel gas~ ei5 ehe eertamente si verifiea alle pressioni non pieeole). Ordinariamente [ due effetti opposti quasi esattamente si eompensan% e solo in eireostanze molto speeiali uno pub prevalere notevolmente suI1' altro. L a ionizzazione per opera dei raggi di Rtintgen 6 stata da me esaminata in primo luogo. L ' a r i a esposta all' azione d ' u n potentissimo tubo generatore di quei raggi era rarefatta, giaeshg le sognizioni aequisite eolle esperienze gig fatte mostravan% ehe al disopra di una eerta prsssione le eollisioni moleeolari sono troppo frequenti~ e perelb troppo breve il eammino libero dei ioni~ ehe il eampo trasforma da rettilineo in elieoidal% onde si manifestino le rotazioni. Entro un pallone di vetro di circa 15 cent. di diametro posto al disopra d ' u n roeehetto e eontenente l'aria pii~ o meno rarefatta era sospeso un eilindretto leggerissimo di earta alto 2 sent. e son 1,5 di diametro. Delle linee nere traeciate su di esso faeilitavano il rilievo dell'eventuale spostamento del cilindr% nell'ista.nte in eui il eampo verfiva eeeitato. Dapprima si mostr6 un grave inconvenient% quello eio~ della deviazione dei raggi eatodiei entro il tubo generatore dei raggi X prodotta dal roeeh~tt% in eausa della quale i detti raggi eatodiei pifi non andavano a solpire l'antieatodo. 1V[a~non avvisinando troppo il tubo al roeehetto e mutando gradatamente la loro posizione relativ% ful possibile far sl, she i raggi eatodisi (in tal easo diretti approssimativamente seeondo linee di forza magnetiea) non fossero perturbati, od almeno ehe l'ineonveniente si ridueesse ad essere poeo apprezzabile.

:EY[IS~[Ok~E DI IONI ED EL ETTR O N I

ECC.

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Sembrb dapprima che nessuna rotazione si producesse; m a quando mediante un piccolo cannocchiale a reticolo, capace di servire per oggetti lontani pochi decimetri, si mirb ad uno dei segni fatti sul cilindretto sospes% si constatb un piccolo spostamento angolare del medesimo nell'atto di eceitare il camp% ed una rotazlone in senso contrari% allorchh la direzione di questo veniva invertita. Altrettanto potei constatare osservando le rotazioni coll'ordinario metodo della riflessione dopo avere applicato al cilindro un leggerissimo speechietto. L a rotazione ionomagnetica nell'aria rarefatta ionizzata dai raggi X ~ dunque debolissima. Il senso della rotazione positiv% cio~ essa ~ dovuta ad una leggerissima preponderanza dell'effetto dovuto ai ioni positivi. Non ~ inverosilaile, ehe il lievc effetto osservato abbia h o g o solo pereh~ degli elettroni~ pill facilmente che dei ioni~ possono restare attratti dalle pareti e fissarsi su di queste. Un risultato assai simile ottenni collocando il corpo girtvole in prossimit'k di una lastra di zinco elettrizzata sino a circa - - 6 0 0 volta, e illuminata da un intenso fascio di raggi ultravioletti. I1 disco era posto entro un recipiente, di cui la parete fronteggiante il disco era costituita da una lastra di quarzo, per la quale entravano i raggi ultravioletti. F r a i l quarzo e Io zinco si trovava una reticella metallica comunicante col suolo, e fi'a questa e lo zinco era sospeso il leggero cilindro mobile. Ridotta la pressione dell'aria ed eccitato il rocchetto posto a! disotto del cilindro osservai una debole rotazione positiva. In questa occasione feci la curiosa osservazione seguente. L a rotazione ionomagnetica non sempre si osservava, se prima si eccitava il camlao e dopo si apriva l'adito ai raggi, mentre si aveva il risultato cercato eccitando il campo dopo aver avviata la corrente fotoelettrica. ~3 evidentemente uno dei casi nr in cui, una volta stabilita la corrente nel gas, essa pus continuare anehe in condizioni, helle quali la differenza di potenziale disponibile non basterebbe ad avviarla. Ed appunto ci;) accadeva in circostanze tall, che il campo magnetico faceva aumentare il valore del potenziale necessario ad iniziare la scarica.

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P e r ultimo ho cercato se si ottenevano le rotazioni ionomagnetiehe negli ordinari tubi di scarica, perco~'s~ dalla corrente fornita dalla maechina senza condensatori o cla una batteria di piceoli aeeumulatori.

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Fig. 24. ~Ii sono servito di tubi come quello, che a un terzo della grandezza n a t u r a l e r a p p r e s e n t a la fig. 24: avente come elettrodi due dischi d'alluminio A c B, oppure un disco come eatodo e un filo o p u n t a come anodo. Se il tubo deve essere colloeato vertiealmente sul roechetto g e n e r a t o r e del c a m p o magnetieo, esso porta in alto una appendice laterale chiusa per mezzo di smerigliatura dal tubo girevole P Q set cui sl

]~MISSI0kNE D I

IONI ED

ELETTRONI

ECC.

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avvolge il filo di sospensione pel corpo leggero e mobilissimo "W (mulinello, eilindro, sfera ecc.). Ma dovetti sperimentare anche col tubo posto orizzontahnentc, e con uno degli elettrodi quasi sall'asse del rocchetto. In questo easo pure il tubo era munito di un ramo laterale, chc perb rimaneva ora vertieale e coll'asse coincidente con quello del rocchetto. Esso conteneva il filo cui era sospeso il corpo girant% il quale trovavasi eosl a poca distanza da uno degli elettrodi. Cominciando dall'ultima disposizione, nella quale la searica o corrente che pereorre il tubo ha una direzione perpendicolare a quella del eampo, gli effetti constatati si enunciano assai semplicemente. Infatti, qualunque fosse la rarefazione dell'aria (entro i limiti eonsueti), qualunque fosse il segno della carica spettante all'elettrodo vicino al corpo girante, e qualunquc fosse la forma degli elettrodi, ho sempre avuto una rotazione positiva, come nei casi prccedenti. Per5 in questo caso l'effetto ~ pi6 marcato ehe in quello dell'aria ionizzata dai raggi X, o in quello dell'aria ionizzata dall'effetto fotoelettrico. ]~ neeessario tuttavia per constatarlo impiegare un corpo mobilissimo, per esempio un cilindretto di sottilissima carta, quand'anehe l'intensit~ della corrente nel tubo sis, come ncl caso dell'esperienza fatta colla mia macchina elettrica~ di quasi mezzo milliampere. Introducendo fra uno degli elettrodi del t u b o e la sorgente di corrente un intervallo :~ scintilla nell'atmosfera, la rotazione ionomagnetica testa in ognl easo positiva. ]~ soltanto con tubo di scarica verticale, come lo mostra la fig'. 24, cio~ con corrente di scarica parallela alla direzione del campo, che ho osservato delle rotazioni ionomagnetict~e negative, pureh~ il corpo sospcso fosse dalla parte ~del eatodo. Ecco, come csempio, la clescrizione dettagliata d ' u n a esperienza. L a pressione dell' aria nel tubo fig. 24 esscndo di un decimo di millimetro, ed essendo A anodo e B catodo, appariva in C il primo strato negativo, in D lo spazio oscuro di Crookes, in E il secondo strato negativo..A1 di sopra di questo lo spazio oscuro di F a r a d a y F occupava un'estensione di circa 10 centimetri di altezza~ e al di sopra vedevasi la lace posi-

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A. ~mItE

tiva divisa in tre strati ineguali (forse per la presenza del tubo PQ) G, I~ I. Colloeando il eorpo sospeso W a varie altezze eonstatai dapprima una rotazione positiva quando era in C nell'immediata vieinanza del eatodo B. Portandolo pifl in alto la rotazione positiva divenne pih debole, finl eoll' annullarsi e divenire negativa entro il seeondo strato eatodieo E, come pure nello spazio oseuro F. Anzi la rotazione erebbe d'intensitk laseiando lo strato E e penetrando nello si)azio oseuro; ma I)oseia l'effetto diminul nuovamente, anche pereh~ si andava aeeoreiando il filo di sospensione, ed andava altresl di pih in pih diminuendo l'intensitg del eampo magnetieo nel luogo ehe il eorpo girante W andava ad oeeupare. Se la pressione nel tubo di seariea g maggiore, per esempio g di tre deeimi di millimetro~ i vari strati luminosi, eome ~. not% si addensano divenendo pih sottili, e" diviene diffieile constatare la rotazione positiva nei luoghi vicini al eatod% mentre testa visibile la rotazione negativa. In eomi)enso questa ~ pih vivace, in ragione della maggiore abbondanza di moleeole gassose passibili di ionizzazione. Con I)ressione anthe maggiore, per esempio di due millimetri~ eessa di manifestarsi la rotazione negativa. In tal easo anehe impiegando un eorpo sospeso avente l'altezza di poem millimetri esso si troverk in parte ahneno nella eolonna positiva~ ove g I)ositiva la rotazione ionomagnetiea; pereib non g pilk I)ossibile ottenere rotazioni negative. Che nella eolonna di luee positiva si ottengano semi)re rotazioni ionomagnetiehe positive si dimostra poi faeilmente eollo stesso appareeehio della fig. 24 invertendo le eomunicazioni Ira i suoi elettrodi e la sorgente di elettrieit~ e clog faeendo B anodo ed A eatodo. In questo caso, eomunque variando la pressione dell'aria, o l'altezza a eui si eolloea il cori)o mobile W, ho sempre osservato rotazioni ionomagnetithe positive. In eonelusione, il nuovo fenomeno studiato neUa Seeonda Parte della presente 5Iemoria possiede tutta la generalitY, ehe la spiegazione datane faeeva prevedere. Ci6 non di meno esso si presenta il pitt delle volte debolissimo, e inoltre nella maggior parte dei easi la lenta rotazione del eorpo mobile si eom-

EMISSIONE DI

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ECC.

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pie in un senso, the rivela la prevalenza dell'effetto ([ovate agli urti dei ioni positivi su quello degli urti delle partieelle

negative. Solo nel caso dell'aria ionizzata dalle scariehe a scintilla ho ottenuto rotazioni i onomagnetiche tall, da vedersi il corpo sospeso fare molti giri e spesso con notevole velocit~ angolare~ per esempio quella di un giro al secondo. E~ all' infuoxi del caso d'un tubo da scariea (fig. 24) posto nel senso del campo, solo nell'aria ionizzata dalla scintilla si osservano rotazioni negative~ dovute clog alla prevalenza dell'azione spettante agli elettroni su quella appartenente ai ioni positivi.