¿Qué es la impedancia eléctrica?
En ingeniería eléctrica, la impedancia eléctrica es la medida de la oposición que presenta un circuito a una corriente cuando se aplica una tensión. La impedancia extiende el concepto de resistencia a los circuitos de corriente alterna (CA). La impedancia posee tanto magnitud como fase, a diferencia de la resistencia, que solo tiene magnitud.
A diferencia de la resistencia eléctrica, la oposición de la impedancia eléctrica a la corriente depende de la frecuencia del circuito. La resistencia puede considerarse como impedancia con un ángulo de fase de cero.
En un circuito puramente inductivo, la corriente se retrasa 90° (eléctricos) en relación con la tensión aplicada. En un circuito puramente capacitivo, la corriente se adelanta 90° (eléctricos) en relación con la tensión aplicada. En un circuito puramente resistivo, la corriente no se retrasa ni se adelanta en relación con la tensión aplicada. Cuando un circuito se alimenta con corriente directa (CD), no hay distinción entre impedancia y resistencia.
En un circuito práctico donde se presentan tanto la reactancia inductiva como la reactancia capacitiva junto con la resistencia, o bien, la reactancia capacitiva o inductiva junto con la resistencia, habrá un efecto de adelanto o retraso en la corriente del circuito dependiendo del valor de la reactancia y la resistencia del circuito.
En el circuito de CA, el efecto acumulativo de la reactancia y la resistencia se denomina impedancia. La impedancia se denota normalmente por la letra inglesa Z. El valor de la impedancia se representa como
Donde R es el valor de la resistencia del circuito y X es el valor de la reactancia del circuito.
El ángulo entre la tensión aplicada y la corriente es
La reactancia inductiva se toma como positiva y la reactancia capacitiva como negativa.
La impedancia puede representarse en forma compleja. Esto es
La parte real de la impedancia compleja es la resistencia y la parte imaginaria es la reactancia del circuito.
Aplicamos una tensión sinusoidal Vsinωt a través de un inductor puro de inductancia L Henry.
La expresión de la corriente a través del inductor es
De la expresión de la onda de corriente a través del inductor, es claro que la corriente se retrasa 90° (eléctricos) en relación con la tensión aplicada.
Ahora, apliquemos la misma tensión sinusoidal Vsinωt a través de un capacitor puro de capacitancia C faradios.
La expresión de la corriente a través del capacitor es
De la expresión de la onda de corriente a través del capacitor, es claro que la corriente se adelanta 90° (eléctricos) en relación con la tensión aplicada.
Ahora, conectaremos la misma fuente de tensión a través de una resistencia pura de valor R ohmios.
Aquí, la expresión de la corriente a través de la resistencia sería
De esa expresión, se puede concluir que la corriente tiene la misma fase que la tensión aplicada.
Impedancia de un circuito RL en serie
Derivemos la expresión de la impedancia de un circuito RL en serie. Aquí, una resistencia de valor R y una inductancia de valor L están conectadas en serie. El valor de la reactancia del inductor es ωL. Por lo tanto, la expresión de la impedancia en forma compleja es
El valor numérico o módulo de la reactancia es
Impedancia de un circuito RC en serie
Conectemos una resistencia de valor R ohmios en serie con un capacitor de
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