负氧离子发生器简介

负氧离子发生器简介

摘要：负氧离子发生器是用来改善小气候环境的一项新技术，本文简介负氧离子的生理作用，负氧离子的产生作用，及其浓度的理论推算和简易检测。

人们漫步海滨时，心情格外舒畅，而在人口稠密的公共场所容易感到疲倦头晕。这是为什么?一个重要的原因是前者空气中负氧离子浓度较高，可高达104个/厘米3;后者在102个/厘米3以下，甚至接近于零。现代科学证明：大自然环境中的负氧离子浓度达4 X 103个/厘米3能使空气清新，使人们健康长寿。因此，增加空气中负氧离子浓度来改善小气候环境已成为新兴边缘科学——“电气候学”中的一项新技术。当负氧离子浓度达到105-106个/厘米3时，能治疗某些疾病(如神经衰弱、气管炎、高血压等)，疗效显著，因此，负氧离子疗法已成为物理疗法中的一种新方法。

一. 负氧离子的生理作用

人体本身就是一个复杂的奇妙的带电系统，原来人体的每一个细胞就是一个微电池，细胞膜内外有50-90毫伏的电位差。由于细胞膜非常薄，通过这层膜的电场强度高达105伏/厘米，细胞电池只有在不断地充电、放电情况下，我们的神经系统才能快速，准确地把视觉、听觉、味觉、嗅觉和触觉等感觉的信息传给大脑，并由大脑下达命令有关器官执行，以保持机体的正常活动。而细胞的充、放电过程则要借助于负氧离子的不断补充来维持，如果空气中的负氧离子太少，细胞得不到负氧离子的补充，细胞充放电过程的正常状态难于维持，就会影响人体的正常生理活动，甚至引起疾病。

二. 氧离子的生产机理

空气主要是由氮(占空气的78.09%)氧(占空气的20.95%)等气体组成。在正常情况下呈中性，但由于宇宙射线，紫外线，微量放射性物质的辐射，以及一些物理和化学反应等，会使空气中极少数中性分子(或原子)电离成自由电子和正离子，自由电子往往又同中性分子结合成负离子。由于各种气体原子(或分子)的电子亲和能的强弱各不相同，亲和能大的容易吸附电子生成负离子，氮的电子亲和能为 0~0.05电子伏特，氧的电子亲和能为1.13~1.47电子伏特，且在低层

大气中含量最丰富，因此，空气电离的自由电子大部分为氧分子俘获而成为负氧离子，过程如下：

在自然界中，自然存在的负离子浓度通常每立方厘米为几百至几千个。海滨、旷野、山村、瀑布等地，大气压低，灰尘少，空气电离出来的负离子数量多;在城区，工矿区人口密集，烟尘俱增，使空气受到严重污染，其中负离子数目大大减少，破坏了自然界的生态平衡，人们的健康受到威胁。为此，人们受到自然现象的启发，开始用人工的方法来生产负氧离子。

三. 负氧离子发生器的工作原理

产生负氧离子的方法有多种，如有紫外线照射法、热离子发射法、放射物质辐射法、电荷分离法、高压水喷射法以及电晕放电法等等。

在1976年荣获日内瓦国际新发明新技术展览会金奖的AS系列负氧离子发生器是利用电晕放电来产生负离子的。一种负氧离子发生器的结构如图2-1所示。

在图2-1中，排针状负极和环形正极之间加上直流高压3~4千伏，在排针状负极便产生电晕放电，使空气电离。由于氧的电子亲和能力远大于氮等其他气体的电子亲和能，故空气电离的大量自由电子大部分为氧分子所俘获而形成负氧离子。这些负氧离子受负高压的排斥而离去，有的还在负极后面装上小的轴向风机，负氧离子在电场和风机风力的作用下，在环形正电极的缝隙中源源不断地排出，形成含有大量负氧离子的清新空气。

四. 负氧离子的浓度分析

负氧离子发生器的一个重要技术指标是负氧离子浓度。一般在发生器说明书中标出的浓度数值，是表示在负氧离子发生器正前方20-厘米处空气中的负氧离子浓度，大于或小于20厘米处的浓度不一样，因此，对负氧离子的浓度必须进行理论计算与测试。从负氧离子发生器中排出的负氧离子流中，含有传导电流和运流电流，即

(1) 其中为空气的电导率，为负氧离子体电贺密度。根据电荷守恒定律有

(2) 将(2)式代入(1)式得

再利用高斯定理和，可以得到一个含的方程

(3) 现在讨论负氧离子以恒速度运动的一维稳态系统，由于

则(3)式变为：

即：

(4)式有指数衰减解：

(5)由于

故负氧离子浓度n为

(6)式表明：稳态系统的负氧离子浓度n从针状负极开始，随距离指数地减小，如图2-2所示，实验观测值与理论计算值相符。

由(6)式知负氧离子浓度随距离指数衰减，故负氧离子发生器工作时，只在负氧离子发生器前面一定空间区域才有人们所需的负氧离子浓度，不要以为室内处处都有相同的负氧离子浓度。

当负氧离子发生器停止工作后，即

则(3)式变为

(7)式解为：

(8)用

，

, 则

其中t为停机时空间某点的负氧离子浓度，为弛豫时间。

(9)式表明：在空气任一点的负氧离子浓度在关机后随时间指数衰减。在潮湿空气中

(秒)

故关机后经历t=

秒，就可以认为n趋于零了。这与实验观测结果完全一致。因此不要以为负氧离子发生器停止工作后，它产生的分布在室内的负氧离子能长时间存在。要保持某一空间区域有恒定的负氧离子浓度，必须不停地负氧离子发生器。

五. 负氧离子的简易检测

负氧离子是无色、无味、看不见、摸不着的，用户怎样判别负氧离子发生器是否有负氧子产生呢?可用一种简易的检测器进行检测。这种检测器用一块敷铜板作为负氧离子的接收器，并由氖管和瓷介电容器组成的振荡器构成，如图2-3所示。使用时用手指捏住敷铜板的短端，而长端朝向负氧离子发生器的发射窗口相距约3~4厘米，若敷铜板接受到负氧离子，便给电容器充电，达一定电压时，氖管导通发光，即电容器通过氖管放电。源源不断的负氧离子使电容器不断充、放电，氖管也不断的闪烁。闪烁的频率随着接受到负氧离子量的增加而增加，随与发射窗口的距离的增加而减少。因此检测器可简便地判别发生器是否有负氧离子送出，还可定性地比较不同发生器负氧离子输出量的强弱。