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空气电导和电荷中和 |
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如果一个离子暴露在电场中，它会因场强大小和电场方向而移动。电场中移动的离子能够形成电流。而电流密度取决于空气的离子数和相对于电场源移动的速度。电流密度对于该电场来说称为为空气的电导。此电导会因极性正负而变化。 一个带电体周围会产生电场，不同点的电场强度不同，电场驱使电荷平衡。如果一个带电体周围被正负两种空气离子包围，相反极性的离子会向该带电体移动，并产生电流。这种中和的电流会让带电体上电荷和周围空气的电导平衡。简言之就是带电体吸引相反电荷的空气离子。 电场强度为E的一个离子将以v的速率移动，它们之间的关系是 v = kE, (1) 其中k是离子和迁移率。 小空气离子的迁移率在1.0–2.0 cm2/V•s。单位的含义是小空气离子在1 V/cm 电场强度下以1 cm/s的速率移动。实验表明，负离子的迁移率比正离子的迁移率要高大约15%。 如果空气中有n个正离子，迁移率为k，电荷量e，在电场强度为E电场下，向带电体移动所产生的电流密度j的计算为 j = enkE = λE (2) 式中λ等于enk,称作空气的正电荷电导，更准确地讲，它是指由于正离子所产生的极性电导。 在电场中，负离子会向电场相反的方向移动。通过公式2也可以计算负离子在带有e电荷数移动时的电流密度。 如果一个带有q电量正电荷或负电荷的物体，周围一定会形成电场。该物体周围如果被同时含有正负两种离子的空气所包围，极性相反的空气离子会流向该物体，相同极性的离子会远离该物体。在空间中不同点的电场不同，但最终的电荷均衡为q。电荷的移动即为电流，相反极性的离子流动所产生的电流通向带电体q，这种中和电流能够让带电体的电荷与周围空气的极性相反的电导达到平衡。 如果空气电导不发生变化，则离子中和的速度也是恒定的，电荷衰减时间常数系数τ积与电导的关系是指数关系。换句话讲，初始电荷为q0，衰减后电荷q计算如下： q = q0–t/τ, (3) 式中时间常数τ等于空气的介电常数ε除以空气电导（率）λ： t = ε0/λ; (4) 将此带入公式3，则有 q = q0–t(enk/ε0), (5) 将电荷中和至均衡的速度取决于离子浓度。 实际上，保持空气的电导恒定是困难的。许多因素会影响电荷衰减速度，这包括空气悬浮微粒密度、带电体周围离子的损耗率、空气电离的多相性、不规则带电体或多带电体产生的非均衡电场等等。目前还难以做到消除简单模型的误差，精确计算衰减时间，因此实际测量离子发生器的中和特性显得尤为重要。
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