Импеданс

Електрическото съпротивление е степента на съпротивление, която дадена верига оказва на промяната на тока или напрежението.

Двата основни начина за записване на импеданс са: (вж. втората фигура, "комплексна равнина на импеданса")

1. със съпротивлението "R" (реална част) и реактивността "X" (въображаема част), например Z = 1 + 1 j {\displaystyle Z=1+1j}
2. с магнитуда и фаза (размер | Z | {\displaystyle \left\vert Z\right\vert } и ъгъл ∠ θ {\displaystyle \angle \theta } ), например Z = 1,4 ∠ 45 ∘ {\displaystyle Z=1,4\angle 45^{\circ }}. (1,4 ома при 45 градуса)

Импедансът и съпротивлението са доста сходни:

При съпротивлението резисторът се съпротивлява на всеки преминаващ през него ток. Колкото по-високо е съпротивлението, толкова по-високо е напрежението, необходимо за постигане на даден ток. Формулата е:

V = R ∗ I {\displaystyle V=R*I} , където V е напрежението, R е съпротивлението, а I е токът.

В случая на импеданс индукторът се противопоставя на промените в тока, а кондензаторът - на промените в напрежението.

Ключовата разлика между съпротивление и импеданс е думата "промяна" - скоростта на промяна влияе на импеданса. Обикновено "промяната" се изразява като честота, броят пъти в секунда, когато токът или напрежението променят посоката си. Формулите са:

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

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

Където Z е символът за импеданс, j е въображаемото число - 1 {\displaystyle {\sqrt {-1}} , π {\displaystyle \pi } е константата pi, f е честотата, L е индуктивността, а C е капацитетът. Мерните единици за съпротивлението и импеданса са едни и същи - ом със символа Ω {\displaystyle \Omega } (главна буква омега).

Както е посочено във формулите по-горе, импедансът се променя в зависимост от честотата, например при нула херца или постоянен ток импедансът на индуктора е нула, което е същото като късо съединение, а импедансът на кондензатора е безкраен, което е същото като отворено съединение. Повечето сигнали са сума от много синусоидални вълни с различни честоти (за повече подробности вижте трансформацията на Фурие) и всяка от тях има различен импеданс.

Подобно на съпротивлението, колкото по-голямо е съпротивлението, толкова по-високо е напрежението, необходимо за постигане на даден ток. Формулата е:

V = Z ∗ I {\displaystyle V=Z*I} , където V е напрежението, Z е съпротивлението, а I е токът.

На физическо ниво се опростяват много неща:

• съпротивлението се дължи на сблъсъците на електроните с атомите в резисторите.
• импедансът на кондензатора се дължи на създаването на електрическо поле.
• импедансът в индуктора се дължи на създаването на магнитно поле.

Една важна разлика между съпротивлението и импеданса е, че резисторът разсейва енергия, нагрява се, но индукторът и кондензаторът съхраняват енергията и могат да я върнат на източника, когато той се понижи.

Ако импедансът на източника, кабела и товара не е равен, част от сигнала се отразява обратно към източника, което води до загуба на енергия и смущения. Съотношението на отражението може да се изчисли с:

Γ = Z L - Z S Z L + Z S {\displaystyle \Gamma ={Z_{L}-Z_{S} \over Z_{L}+Z_{S}}}}}, където Γ {\displaystyle \Gamma } (капитална гама) е коефициентът на отражение, Z S {\displaystyle Z_{S}} е импедансът на източника, Z L {\displaystyle Z_{L}} е импедансът на товара.

Всяка среда, в която може да има вълна, има вълново съпротивление, дори празното пространство (светлината е електромагнитна вълна и може да се движи в пространството) има съпротивление от около 377 Ω {\displaystyle \Omega } .

Фаза

През резистор и напрежението, и токът се повишават и намаляват едновременно, казва се, че са във фаза, но с импеданс е различно, напрежението се измества с 1/4 дължина на вълната зад тока в кондензатор и напред в индуктор.

1/4 дължина на вълната обикновено се представя с въображаемото число "j", което също е еквивалентно на изместване от 90 градуса.

Използването на въображаемото число "j" прави математиката много по-проста, тъй като позволява да се изчисли общото съпротивление по същия начин, както при резисторите, например резистор плюс съпротивление последователно е R+Z, а паралелно - (R*Z)/(R+Z).

В кондензатор (горе) напрежението (червено) се променя след тока (синьо), а в индуктор (долу) - преди това. Фазовата разлика между напрежението и тока е 1/4 от дължината на вълната.

Въпроси и отговори

В: Какво е електрическо съпротивление?

В: Как може да се запише електрическото съпротивление?

В: Каква е разликата между съпротивление и импеданс?

Въпрос: Кои са някои формули, свързани със съпротивлението и импеданса?

Въпрос: Какви са някои физически обяснения за съпротивлението спрямо импеданса?

Въпрос: Как се изчислява коефициентът на отражение?

Търсене по буква