空氣電導(dǎo)和電荷中和
如果一個(gè)離子暴露在電場(chǎng)中，它會(huì)因場(chǎng)強(qiáng)大小和電場(chǎng)方向而移動(dòng)。電場(chǎng)中移動(dòng)的離子能夠形成電流。而電流密度取決于空氣的離子數(shù)和相對(duì)于電場(chǎng)源移動(dòng)的速度。電流密度對(duì)于該電場(chǎng)來說稱為為空氣的電導(dǎo)。此電導(dǎo)會(huì)因極性正負(fù)而變化。
一個(gè)帶電體周圍會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，不同點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度不同，電場(chǎng)驅(qū)使電荷平衡。如果一個(gè)帶電體周圍被正負(fù)兩種空氣離子包圍，相反極性的離子會(huì)向該帶電體移動(dòng)，并產(chǎn)生電流。這種中和的電流會(huì)讓帶電體上電荷和周圍空氣的電導(dǎo)平衡。簡言之就是帶電體吸引相反電荷的空氣離子。
電場(chǎng)強(qiáng)度為E的一個(gè)離子將以v的速率移動(dòng)，它們之間的關(guān)系是
v =kE, (1)
其中k是離子和遷移率。
小空氣離子的遷移率在1.0–2.0cm2/V?s。單位的含義是小空氣離子在1 V/cm 電場(chǎng)強(qiáng)度下以1cm/s的速率移動(dòng)。實(shí)驗(yàn)表明，負(fù)離子的遷移率比正離子的遷移率要高大約15%。
如果空氣中有n個(gè)正離子，遷移率為k，電荷量e，在電場(chǎng)強(qiáng)度為E電場(chǎng)下，向帶電體移動(dòng)所產(chǎn)生的電流密度j的計(jì)算為
j =enkE = λE (2)
式中λ等于enk,稱作空氣的正電荷電導(dǎo)，更準(zhǔn)確地講，它是指由于正離子所產(chǎn)生的極性電導(dǎo)。
在電場(chǎng)中，負(fù)離子會(huì)向電場(chǎng)相反的方向移動(dòng)。通過公式2也可以計(jì)算負(fù)離子在帶有e電荷數(shù)移動(dòng)時(shí)的電流密度。
如果一個(gè)帶有q電量正電荷或負(fù)電荷的物體，周圍一定會(huì)形成電場(chǎng)。該物體周圍如果被同時(shí)含有正負(fù)兩種離子的空氣所包圍，極性相反的空氣離子會(huì)流向該物體，相同極性的離子會(huì)遠(yuǎn)離該物體。在空間中不同點(diǎn)的電場(chǎng)不同，但濟(jì)終的電荷均衡為q。電荷的移動(dòng)即為電流，相反極性的離子流動(dòng)所產(chǎn)生的電流通向帶電體q，這種中和電流能夠讓帶電體的電荷與周圍空氣的極性相反的電導(dǎo)達(dá)到平衡。
如果空氣電導(dǎo)不發(fā)生變化，則離子中和的速度也是恒定的，電荷衰減時(shí)間常數(shù)系數(shù)τ積與電導(dǎo)的關(guān)系是指數(shù)關(guān)系。換句話講，初始電荷為q0，衰減后電荷q計(jì)算如下：
q =q0–t/τ, (3)
式中時(shí)間常數(shù)τ等于空氣的介電常數(shù)ε除以空氣電導(dǎo)（率）λ：
t = ε0/λ; (4)
將此帶入公式3，則有
q =q0–t(enk/ε0),(5)
將電荷中和至均衡的速度取決于離子濃度。
實(shí)際上，保持空氣的電導(dǎo)恒定是困難的。許多因素會(huì)影響電荷衰減速度，這包括空氣懸浮微粒密度、帶電體周圍離子的損耗率、空氣電離的多相性、不規(guī)則帶電體或多帶電體產(chǎn)生的非均衡電場(chǎng)等等。目前還難以做到消除簡單模型的誤差，**計(jì)算衰減時(shí)間，因此實(shí)際測(cè)量離子發(fā)生器的中和特性顯得尤為重要。
