Impedanță electrică
Impedanța electrică este cantitatea de opoziție pe care un circuit o prezintă la schimbarea curentului sau a tensiunii.
Cele două moduri principale de a scrie o impedanță sunt: (a se vedea a doua figură, "planul complex de impedanță")
- cu rezistența "R" (partea reală) și reactanța "X" (partea imaginară), de exemplu Z = 1 + 1 j {\displaystyle Z=1+1j}
- cu o magnitudine și o fază (mărimea | Z | {\displaystyle \left\vert Z\right\vert }
și unghiul ∠ θ {\displaystyle \angle \theta } 
), de exemplu, Z = 1,4 ∠ 45 ∘ {\displaystyle Z=1,4\ unghi 45^{\circ }}}. 
(1,4 ohm la 45 grade)
Impedanța și rezistența sunt destul de asemănătoare:
În cazul rezistenței, un rezistor se opune oricărui curent care trece prin el. Cu cât rezistența este mai mare, cu atât mai mare este tensiunea necesară pentru a obține un curent dat. Formula este:
V = R ∗ I {\displaystyle V=R*I}
, unde V este tensiunea, R este rezistența, iar I este curentul.
În cazul impedanței, un inductor rezistă la modificările curentului, iar condensatorul rezistă la modificările tensiunii.
Diferența esențială dintre rezistență și impedanță este cuvântul "schimbare", rata de schimbare afectează impedanța. De obicei, "schimbarea" este exprimată ca o frecvență, numărul de ori pe secundă în care curentul sau tensiunea își schimbă direcția. Formulele sunt:
Pentru inductor: Z = j 2 π f L {\displaystyle Z=j2\pi fL\,} 
Pentru condensator: Z = 1 j 2 π f C {\displaystyle Z={\frac {1}{j2\pi fC}}}}}. 
Unde Z este simbolul pentru impedanță, j este numărul imaginar - 1 {\displaystyle {\sqrt {-1}}}. 
π {\displaystyle \displaystyle \pi }
este constanta pi, f este frecvența, L este inductanța și C este capacitatea. Unitățile de măsură pentru rezistență și impedanță sunt aceleași, ohm-ul cu simbolul Ω {\displaystyle \Omega}. 
(omega majusculă).
După cum indică formulele de mai sus, impedanța variază în funcție de frecvență, de exemplu, la zero Hertz, sau DC, impedanța inductorului este zero, la fel ca un scurtcircuit, iar impedanța condensatorului este infinită, la fel ca un circuit deschis. Cele mai multe semnale sunt suma mai multor unde sinusoidale la diferite frecvențe (pentru mai multe detalii, consultați transformata Fourier), iar fiecare dintre ele are o impedanță diferită.
La fel ca și în cazul rezistenței, cu cât impedanța este mai mare, cu atât mai mare este tensiunea necesară pentru a obține un curent dat. Formula este:
V = Z ∗ I {\displaystyle V=Z*I}
, unde V este tensiunea, Z este impedanța, iar I este curentul.
La nivel fizic, simplificând multe lucruri:
- rezistența este cauzată de ciocnirile electronilor cu atomii din interiorul rezistenței.
- impedanța într-un condensator este cauzată de crearea unui câmp electric.
- impedanța într-un inductor este cauzată de crearea unui câmp magnetic.
O diferență importantă între rezistență și impedanță este aceea că o rezistență disipează energie, se încălzește, dar un inductor și un condensator stochează energia și o poate returna la sursă atunci când aceasta scade.
Dacă impedanța sursei, a cablului și a sarcinii nu sunt egale, atunci o parte din semnal este reflectată înapoi la sursă, irosind energie și creând interferențe. Raportul de reflexie poate fi calculat cu:
Γ = Z L - Z S Z L + Z S {\displaystyle \Gamma ={Z_{L}-Z_{S}} \over Z_{L}+Z_{S}}}}
unde Γ {\displaystyle \Gamma } 
(capital gamma) este coeficientul de reflexie, Z S {\displaystyle Z_{S}}
este impedanța sursei, Z L {\displaystyle Z_{L}}
este impedanța sarcinii.
Orice mediu care poate avea o undă are o impedanță de undă, chiar și spațiul gol (lumina este o undă electro-magnetică și poate călători în spațiu) are o impedanță de aproximativ 377 Ω {\displaystyle \Omega }. .
Un semnal este parțial reflectat înapoi în cazul în care impedanța se modifică.
O reprezentare grafică a planului complex de impedanță
O sursă de curent alternativ care aplică o tensiune V {\displaystyle \scriptstyle V} 
pe o impedanță Z {\displaystyle \scriptstyle \scriptstyle Z}. 
conducând un curent I {\displaystyle \scriptstyle \scriptstyle I}
.
Faza
Pe o rezistență, atât tensiunea cât și curentul urcă și coboară în același timp, se spune că sunt în fază, dar în cazul unei impedanțe este diferit, tensiunea este deplasată cu 1/4 din lungimea de undă în spatele curentului într-un condensator și înainte într-un inductor.
O lungime de undă de 1/4 este reprezentată, de obicei, prin numărul imaginar "j", care este, de asemenea, echivalent cu o deplasare de 90 de grade.
Utilizarea numărului imaginar "j" simplifică mult matematica, permițând calcularea impedanței totale în același mod în care se face cu rezistențele, de exemplu, o rezistență plus o impedanță în serie este R+Z, iar în paralel este (R*Z)/(R+Z).
La un condensator (sus), tensiunea (roșu) se modifică după curent (albastru), iar la un inductor (jos) înainte. Diferența de fază dintre tensiune și curent este de 1/4 lungime de undă.
Întrebări și răspunsuri
Î: Ce este impedanța electrică?
R: Impedanța electrică este cantitatea de opoziție pe care un circuit o prezintă la schimbarea curentului sau a tensiunii.
Î: Cum poate fi scrisă impedanța electrică?
R: Impedanța electrică poate fi scrisă cu rezistența "R" (partea reală) și reactanța "X" (partea imaginară), precum și cu o mărime, o fază, o dimensiune și un unghi.
Î: Care este diferența dintre rezistență și impedanță?
R: Diferența cheie dintre rezistență și impedanță este cuvântul "schimbare"; cu alte cuvinte, rata de schimbare afectează impedanța. Rezistența rezistă la orice curent care trece prin ea, în timp ce un inductor rezistă la modificările curentului, iar un condensator rezistă la modificările tensiunii.
Î: Care sunt câteva formule asociate cu rezistența și impedanța?
R: Pentru rezistență, V=R*I, unde V este tensiunea, R este rezistența și I este curentul; pentru inductori Z=j2πfL; pentru condensatori Z=1/j2πfC; unde Z reprezintă impedanța, j reprezintă numărul imaginar -1 , π reprezintă constanta pi, f reprezintă frecvența, L reprezintă inductanța, C reprezintă capacitatea.
Î: Care sunt câteva explicații fizice pentru rezistență vs. impedanță?
R: Rezistența este cauzată de ciocnirea electronilor cu atomii din interiorul rezistoarelor, în timp ce impedanța unui inductor provine din crearea unui câmp electric, iar cea a unui condensator provine din crearea unui câmp magnetic. În plus, rezistoarele disipă energie, în timp ce inductorii și condensatorii stochează energie care poate fi apoi returnată la sursă atunci când aceasta scade.
Î: Cum se calculează coeficientul de reflexie?
R: Coeficientul de reflexie poate fi calculat folosind Γ=(ZL-ZS)/(ZL+ZS) unde Γ (gama mare) reprezintă coeficientul de reflexie; ZS reprezintă impedanța sursei; ZL reprezintă impedanța sarcinii.
