空气负离子的形成及浓度衰减的规律

空气是人类赖以生存的重要条件之一, 自上世纪30年代英国学者威尔逊与法国学者埃尔斯特和格特尔证实了空气中存在游离态的负氧离子以来，人们对空气负离子的研究经历了近百年的发展、应用阶段。经过科学家不断的探索，空气负离子在健康方面的诸多功能正慢慢改变人们的生活，空气负离子亦被誉为“空气维生素和生长素”，对人体健康十分有益，研究证明，当空气中负离子浓度超过10000个/cm³时，对多种人体健康疾病有良好的辅助治疗作用。因此，空气负离子对空气污染物的净化功能也使其已成为评价旅游环境空气清洁程度的重要指标之一，世界卫生组织也定义：当空气中负离子浓度达到1500个/cm³时才算是清新空气。

空气负离子对人体健康的功效

世卫组织公布的新鲜空气负离子浓度标准

当前环境污染的问题越来越受到民众关注，正因为空气负离子在空气负离子可以用来改善微小气候环境,因此目前针对空气负离子的研究越来越多，已成为“ 电气候学”这门新兴的边缘科学的一项新技术。同时目前，市场上已有越来越多的生产企业制造出了各式各样的负离子净化及保健产品。

不过，对于许多消费者来讲，很多时候对空气负离子并不太了解，今天我们就带大家来好好认识一下负离子。

l  负离子的生理作用

人体本身就是一个复杂的奇妙的带电系统细胞就是一个微型电池, 细胞膜内有50~90mV的电位差, 通过细胞电池不断充放电来维持大脑指挥各部器官的正常生理活动。而细胞的充放电又必须由负离子来维持，因此，负离子是维持人体器管正常活动所必须的生命食粮。

负离子的生理作用

l  负离子产生的机理

在正常状态下, 气体的原子处于最低能级, 这时电子在离核最近的轨道上运动原子处于最稳定状态, 呈中性。当空气受宇宙射线、紫外线、放射性射线、强电场或光的照射时, 空气分子能够从这些外来的因素中吸取一定的能量而激发电离。

空气中负离子的浓度与空气分子处于电离和激发的状态有很大关系。所谓电离, 就是大气中形成带正电荷或负电荷粒子的过程。所谓激发, 就是原子从外界吸取一定的能量, 使原子的价电子跃迁到较高能级去的过程。电子获得外界一定动能与空气原子碰撞, 是造成空气原子激发和电离的重要条件。

电子对原子的碰撞分为两种，一种是完全弹性碰撞, 即粒子部分地交换能量而它们的动能总和保持不变。这时, 空气原子内部的状态也是不变的, 如图1所示，在这种状态下, 空气中的氧分子O₂就不会变为负氧离子。

图 1

另一种是非弹性碰撞。非弹性碰撞又分为两种情况, 一种非弹性碰撞是原子吸收电子的能量, 只引起原子的激发, 碰撞电子附在中性原子的外层, 如果这中性原子是氧原子, 它就会变成我们所需要的空气负氧离子, 如图2。另一种非弹性碰撞是原子吸收碰撞电子的能量而电离, 除了原始碰撞电子, 还生成正离子及电离电子, 如图3，这时电子不会附在原子上, 形不成负离子。

图 2

图 3

显然, 只有激发原子,才能使电子附在原子上产生负离子。所以, 要增加负离子的浓度,实际上是靠负离子发生器电极所产生的电压, 使电子动能达到一定的值, 以保证原子激发而不被电离来实现的。

为了激发原子, 电子所必需的能量称为激发能, 激发能量可用激发电位U₀来表示, 使一个常态原子电离所需的最小能量称为电离能U₁。

从表1可以看出，运动电子在电场中电离某一元素的电位U₁都比激发它的电位U₀要大，这说明电子激发中性氧分子, 使之变为负氧离子所需要的电压, 要比使它电离的电压为小。前者是增加空气中负氧离子浓度的条件,而后者不能增加空气中负氧离子的浓度。所以, 要提高空气中负离子的浓度, 只能对负离子发生器加适当电压。但是，需要注意的是，盲目增加电压不仅不能增加负离子浓度, 而且会随着电离产生一些有害气体(最常见的就是臭氧气体)对人体带来不良影响。图4是用大气离子浓度测试仪在距电极30cm处的测试数据。

激发电位与电离电位

图 4

l  负离子浓度随距离和时间的衰减规律

负离子的浓度是负离子发生器的一个重要技术指标, 一般我们说它的浓度时, 都是指在某一位置上的浓度, 因为位置不同, 浓度也往往不同。一般常说的浓度是指距电极30cm处的负离子浓度。

理论上来讲，负离子发生器工作时有稳定的电压、稳定的工作位置和环境, 这时它排出的负离子虽然是流动的, 但对于空间任一点的体密度和面密度来说都是随时间变化的。那么, 对于空间每一体积元来说, 只要流入的电量等于流出的电量, 就达到了电荷分布不随时间变化的要求。因此,在发生器的周围形成的静电场可作为恒定电场的特例。那么根据电荷守恒定律，可以得知负离子发生器周围的负离子浓度随距离是按指数规律衰减，实际测试结果也是完全符合这个规律的。

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