Elektrická impedancia

Elektrická impedancia je veľkosť odporu, ktorý obvod kladie pri zmene prúdu alebo napätia.

Dva hlavné spôsoby zápisu impedancie sú: (pozri 2. obrázok, "komplexná rovina impedancie")

1. s odporom "R" (reálna časť) a reaktanciou "X" (imaginárna časť), napríklad Z = 1 + 1 j {\displaystyle Z=1+1j}
2. s veľkosťou a fázou (veľkosť | Z | {\displaystyle \left\vert Z\right\vert } a uhol ∠ θ {\displaystyle \angle \theta } ), napríklad Z = 1,4 ∠ 45 ∘ {\displaystyle Z=1,4\angle 45^{\circ }} (1,4 ohmu pri 45 stupňoch)

Impedancia a odpor sú dosť podobné:

V prípade odporu odporuje rezistor akémukoľvek prúdu, ktorý ním prechádza. Čím vyšší je odpor, tým vyššie napätie je potrebné na dosiahnutie daného prúdu. Vzorec je nasledovný:

V = R ∗ I {\displaystyle V=R*I} , kde V je napätie, R je odpor a I je prúd.

V prípade impedancie induktor odoláva zmenám prúdu a kondenzátor zmenám napätia.

Kľúčovým rozdielom medzi odporom a impedanciou je slovo "zmena", rýchlosť zmeny ovplyvňuje impedanciu. Zvyčajne sa "zmena" vyjadruje ako frekvencia, teda koľkokrát za sekundu sa zmení smer prúdu alebo napätia. Vzorce sú:

Pre induktor: Z = j 2 π f L {\displaystyle Z=j2\pi fL\,}

Pre kondenzátor: Z = 1 j 2 π f C {\displaystyle Z={\frac {1}{j2\pi fC}}}

Kde Z je symbol pre impedanciu, j je imaginárne číslo - 1 {\displaystyle {\sqrt {-1}} , π {\displaystyle \pi } je konštanta pi, f je frekvencia, L je indukčnosť a C je kapacita. Jednotky pre odpor a impedanciu sú rovnaké, ohm so symbolom Ω {\displaystyle \Omega } (veľká omega).

Ako je uvedené vo vyššie uvedených vzorcoch, impedancia sa mení v závislosti od frekvencie, napríklad pri nulovej frekvencii Hertz alebo jednosmernom prúde je impedancia induktora nulová, rovnako ako skrat, a impedancia kondenzátora je nekonečná, rovnako ako otvorený obvod. Väčšina signálov je súčtom mnohých sínusových vĺn s rôznymi frekvenciami (viac informácií nájdete vo Fourierovej transformácii) a každá z nich má inú impedanciu.

Podobne ako pri odpore platí, že čím vyššia je impedancia, tým vyššie napätie je potrebné na dosiahnutie daného prúdu. Vzorec je:

V = Z ∗ I {\displaystyle V=Z*I} , kde V je napätie, Z je impedancia a I je prúd.

Na fyzickej úrovni sa mnohé veci zjednodušujú:

• odpor je spôsobený zrážkami elektrónov s atómami vo vnútri rezistorov.
• impedancia v kondenzátore je spôsobená vytvorením elektrického poľa.
• impedancia v induktore je spôsobená vytvorením magnetického poľa.

Dôležitým rozdielom medzi odporom a impedanciou je, že rezistor rozptyľuje energiu, zahrieva sa, ale induktor a kondenzátor energiu uchovávajú a môžu ju vrátiť zdroju, keď sa zníži.

Ak impedancia zdroja, kábla a záťaže nie je rovnaká, časť signálu sa odráža späť k zdroju, čím sa stráca energia a vzniká rušenie. Pomer odrazu možno vypočítať pomocou:

Γ = Z L - Z S Z L + Z S {\displaystyle \Gamma ={Z_{L}-Z_{S} \over Z_{L}+Z_{S}}}} kde Γ {\displaystyle \Gamma } (veľké gama) je koeficient odrazu, Z S {\displaystyle Z_{S}} je impedancia zdroja, Z L {\displaystyle Z_{L}} je impedancia záťaže.

Každé prostredie, v ktorom môže prebiehať vlnenie, má vlnovú impedanciu, dokonca aj prázdny priestor (svetlo je elektromagnetické vlnenie a môže sa pohybovať v priestore) má impedanciu približne 377 Ω {\displaystyle \Omega } .

Fáza

Cez rezistor ide napätie aj prúd súčasne hore aj dole, hovorí sa, že sú vo fáze, ale pri impedancii je to inak, napätie je posunuté o 1/4 vlnovej dĺžky za prúd v kondenzátore a dopredu v induktore.

Vlnová dĺžka 1/4 sa zvyčajne reprezentuje imaginárnym číslom "j", ktoré je tiež ekvivalentné 90-stupňovému posunu.

Použitie imaginárneho čísla "j" výrazne zjednodušuje matematiku, umožňuje vypočítať celkovú impedanciu rovnako ako pri rezistoroch, napríklad sériový rezistor plus impedancia je R+Z a paralelný (R*Z)/(R+Z).

Na kondenzátore (hore) sa napätie (červené) mení za prúdom (modré), na induktore (dole) je to skôr. Fázový rozdiel medzi napätím a prúdom je 1/4 vlnovej dĺžky.

Otázky a odpovede

Otázka: Čo je to elektrická impedancia?

Otázka: Ako sa dá zapísať elektrická impedancia?

Otázka: Aký je rozdiel medzi odporom a impedanciou?

Otázka: Aké sú niektoré vzorce súvisiace s odporom a impedanciou?

Otázka: Aké sú niektoré fyzikálne vysvetlenia závislosti odporu od impedancie?

Otázka: Ako sa vypočíta koeficient odrazu?

Hľadajte podľa písmena