Elektryczna impedancja: Co to jest?
Co to jest impedancja elektryczna?
W elektrotechnice impedancja elektryczna to miara oporu, jaki obwód przedstawia dla prądu, gdy zastosowane jest napięcie. Impedancja rozszerza koncepcję oporu na prąd przemienny (AC). Impedancja posiada zarówno wartość, jak i fazę, w przeciwieństwie do oporu, który ma tylko wartość.
W przeciwieństwie do oporu elektrycznego, opór impedancji do prądu zależy od częstotliwości obwodu. Opór można traktować jako impedancję o kącie fazowym równym zero.
W czysto indukcyjnym obwodzie prąd opóźnia się o 90° (elektrycznie) względem zastosowanego napięcia. W czysto pojemnościowym obwodzie prąd wyprzedza o 90° (elektrycznie) względem zastosowanego napięcia. W czysto opornym obwodzie prąd nie opóźnia ani nie wyprzedza względem zastosowanego napięcia. Gdy obwód jest napędzany prądem stałym (DC), nie ma różnicy między impedancją a oporem.
W praktycznym obwodzie, gdzie występuje zarówno reaktancja indukcyjna, jak i reaktancja pojemnościowa, wraz z oporem lub jedna z nich wraz z oporem, będzie miała wpływ na wyprzedzenie lub opóźnienie prądu w obwodzie, w zależności od wartości reaktancji i oporu obwodu.
W obwodzie AC skumulowany efekt reaktancji i oporu nazywany jest impedancją. Impedancja jest zwykle oznaczana literą Z. Wartość impedancji przedstawiana jest jako
Gdzie R to wartość oporu obwodu, a X to wartość reaktancji obwodu.
Kąt między zastosowanym napięciem a prądem wynosi
Reaktancja indukcyjna jest ujmowana jako dodatnia, a reaktancja pojemnościowa jako ujemna.
Impedancja może być przedstawiona w postaci zespolonej. Jest to
Część rzeczywista zespolonej impedancji to opór, a część urojona to reaktancja obwodu.
Zastosujmy sinusoidalne napięcie Vsinωt do czystego induktoru o indukcyjności L Henry.
Wyrażenie prądu przez induktor to
Z wyrażenia fali prądu przez induktor wynika, że prąd opóźnia się względem zastosowanego napięcia o 90° (elektrycznie).
Teraz zastosujmy to samo sinusoidalne napięcie Vsinωt do czystego kondensatora o pojemności C farad.
Wyrażenie prądu przez kondensator to
Z wyrażenia fali prądu przez kondensator wynika, że prąd wyprzedza zastosowane napięcie o 90° (elektrycznie).
Teraz podłączymy ten sam źródłowy napięcia do czystego oporu o wartości R om.
Tutaj wyrażenie prądu przez opór będzie
Z tego wyrażenia można wnioskować, że prąd ma tę samą fazę co zastosowane napięcie.
Impedancja obwodu szeregowego RL
Wyprowadźmy wyrażenie impedancji obwodu szeregowego RL. Tutaj opór o wartości R i indukcyjność o wartości L są połączone szeregowo. Wartość reaktancji induktora wynosi ωL. Stąd wyrażenie impedancji w postaci zespolonej to
Numeryczna wartość lub moduł reaktancji to
Impedancja obwodu szeregowego RC
Połączmy jeden opór o wartości R om
