Descrizione                                                                                      

La Scala di Cross è uno strumento inventato dal fisico statunitense Charles Robert Cross (1848 -1921). Lo scopo del dispositivo è di poter osservare, a differenti basse pressioni, il processo di ionizzazione di un gas, ossia la formazione di gas contenente particelle cariche, dette per l’appunto ioni. L’apparecchio è composto da quattro tubi in vetro collegati tra loro attraverso un filo metallico, contenenti uno stesso gas a differenti stadi crescenti di vuoto, e sostenuti da un telaio in materiale non conduttore. Ciascun tubo presenta alle estremità due placche metalliche: il catodo e l’anodo, collegati rispettivamente ad un polo negativo e positivo. Allacciando un generatore elettrico ad alta tensione alla placca negativa, il fascio di elettroni, per differenza di potenziale, raggiunge l’anodo “attraversando” il cilindro di vetro. All’interno, essendo presente, vista la bassa pressione, un basso numero di molecole di gas, gli elettroni accelerati si scontrano sporadicamente con le molecole del corpo gassoso. Riescono pertanto ad acquisire energia cinetica sufficiente per ionizzare, tramite gli urti, gli atomi del gas stesso; infatti, la violenza dello scontro è tale da causare l’espulsione di un elettrone dallo strato atomico più esterno e formare una molecola gassosa carica.  A livello macroscopico, invece, si assiste alla formazione di diversi fenomeni luminosi. Per i gas a pressioni relativamente maggiori si osserva la formazione di una scarica a scintilla-filamentosa (assimilabile a quella di un fulmine). A mano a mano che la pressione diminuisce, l’aspetto della scarica assume particolari caratteristiche, fino a divenire un alone (solitamente di colore verdastro fluorescente) diffuso solamente alle estremità degli elettrodi (anodo e catodo). Se si potesse aumentare ulteriormente il vuoto, si formerebbe uno spazio interamente buio, essendo il gas talmente rarefatto da essere impossibile da ionizzare se non attraverso elevatissime tensioni di corrente. L’utilizzo prolungato dello strumento alle pressioni più basse potrebbe produrre l’emissione di raggi X, particolarmente nocivi per l’uomo. Per tali ragioni, l’utilizzo di questi dispositivi nelle scuole, anche solo a scopo sperimentale, è proibito dalla legislazione attualmente vigente.