Elektrický impedance: Co to je?

Co je elektrický impedance?

V elektrotechnice je elektrický impedance měřítko odporu, který obvod představuje proud, když je aplikováno napětí. Impedance rozšiřuje koncept odporu na střídavý proud (AC) obvody. Impedance má jak velikost, tak fázový posun, na rozdíl od odporu, který má pouze velikost.

Na rozdíl od elektrického odporu závisí odpornost impendance na frekvenci obvodu. Odpor lze považovat za impedanci s fázovým úhlem nula.

V čistě induktivním obvodu je proud o 90° (elektricky) pozadu vůči aplikovanému napětí. V čistě kapacitním obvodu je proud o 90° (elektricky) před aplikovaným napětím. V čistě rezistivním obvodu proud nezpožďuje ani nezrychluje vůči aplikovanému napětí. Když je obvod poháněn stejnosměrným proudem (DC), není rozdíl mezi impedancí a odporom.

V praktickém obvodu, kde jsou přítomny jak induktivní reaktance, tak kapacitní reaktance spolu s odporom nebo buď kapacitní nebo induktivní reaktance spolu s odporom, bude dojít k efektu zpoždění nebo zrychlení proudu v obvodu v závislosti na hodnotě reaktance a odporu obvodu.

V AC obvodu se kumulativní efekt reaktance a odporu nazývá impedance. Impedance se obvykle označuje anglickým písmenem Z. Hodnota impedance se vyjadřuje jako

Kde R je hodnota odporu obvodu a X je hodnota reaktance obvodu.
Úhel mezi aplikovaným napětím a proudem je

Induktivní reaktance se bere jako kladná a kapacitní reaktance jako záporná.

Impedance lze vyjádřit v komplexní formě. To je

Reálná část komplexní impedance je odpor a imaginární část je reaktance obvodu.

Použijme sinusové napětí Vsinωt na čistý induktor s indukcí L Henry.

Výraz pro proud skrz induktor je

Z výrazu pro vlnovou formu proudu skrz induktor je zřejmé, že proud je o 90° (elektricky) pozadu vůči aplikovanému napětí.

Nyní použijme stejné sinusové napětí Vsinωt na čistý kapacitor s kapacitou C farad.

Výraz pro proud skrz kapacitor je

Z výrazu pro vlnovou formu proudu skrz kapacitor je zřejmé, že proud je o 90° (elektricky) před aplikovaným napětím.

Nyní připojíme stejný zdroj napětí na čistý odpor hodnoty R ohm.

Zde výraz pro proud skrz odpor bude

Z tohoto výrazu lze usoudit, že proud má stejnou fázi s aplikovaným napětím.

Impedance sériové RL obvodu

Odvoďme výraz pro impedanci sériového RL obvodu. Zde jsou spojeny v sérii odpor hodnoty R a indukce hodnoty L. Hodnota reaktance induktoru je ωL. Tedy výraz pro impedanci v komplexní formě je

Numerická hodnota nebo modulová hodnota reaktance je

Impedance sériového RC obvodu

Spojme jeden odpor hodnoty R ohm v sérii s kapacitorem s kapacitou