La Ionización del Aire

Se pueden generar voltajes de cientos de miles de voltios con un modelo de demostración de generador de Van de Graaff. Esto es suficiente para ionizar el aire, que tiene como componentes primarios nitrógeno y oxígeno. Un campo eléctrico aplicado polarizará las moléculas de aire, y si es suficiente para forzar a los electrones a salir de las moléculas, esos electrones pueden colisionar con otras moléculas y pueden iniciar una descarga o arco eléctrico. El voltaje necesario para iniciar un arco depende de la presión y la longitud del espacio, y está modelado por la ley de Paschen (Wikipedia). Para espacios largos en el aire en STP, el umbral para las descargas de arco se establece a menudo en 3,4 millones de voltios por metro.

Cuando un átomo se ioniza, tenderá a recoger un electrón de reemplazo que puede caer en cascada a través de los niveles de energía atómica disponibles, emitiendo cuantos de luz característicos de esas separaciones de niveles. Se observarían en un arco visible en el aire los espectros característicos de Nitrógeno y Oxígeno.

Una carcasa de metal esférica se acerca al generador de van de Graaf, y una chispa de unos 10 cm de largo salta a esa esfera. El voltaje requerido para producir un arco eléctrico a través de un centímetro de aire está cerca de 30.000 voltios, por lo que este arco puede representar aproximadamente 300.000 voltios producidos por el Van de Graaf.

El generador Van de Graaf también se puede utilizar para excitar tubos espectrales conteniendo gases específicos y mostrará los colores característicos de esos gases. Este gas es de neón, y si los colores estuvieran separados por una rejilla de difracción, mostrarían el espectro para el gas de neón.

Un cereal como el trigo inflado o Cheerios proporciona un ejemplo lúdico de la repulsión mutua de objetos que reciben una carga eléctrica de la misma polaridad.