În inginerie electrică, impedanța este o măsură a măsurii în care un circuit se opune fluxului de electricitate. Toate materialele au un anumit grad de rezistență electrică, ceea ce face ca o parte de energie să se piardă sub formă de căldură și reduce fluxul de curent. În cazul curentului continuu (DC), impedanța este aceeași cu rezistența și depinde numai de materialele din care este realizat circuitul. Pentru un curent alternativ (AC), totuși, doi factori suplimentari pot contribui la impedanță: capacitatea și inductanța. Împreună, acestea sunt cunoscute sub numele de reactanță, care este o măsură a opoziției la o modificare a curentului care depinde de frecvența acestuia și de componentele circuitului.
Curentul alternativ își schimbă constant direcția și o face la o frecvență dată, care este măsurată în Herți (Hz) sau cicluri pe secundă. De obicei, electricitatea este furnizată la 50 sau 60 Hz, dar aceasta poate fi modificată pentru aplicații specifice. Frecvența poate fi afișată ca o undă pe un osciloscop în termeni de curent sau tensiune, distanța de la creastă la creastă reprezentând un ciclu complet. Gradul de reactanță într-un circuit depinde de frecvența sursei de curent alternativ. Mai precis, reactanța capacitivă scade odată cu creșterea frecvenței, în timp ce reactanța inductivă crește.
Reactanța capacitivă
Un condensator este un dispozitiv care poate stoca o sarcină electrică și ulterior o eliberează. În general, constă dintr-un material neconductor, sau izolator, intercalat între două plăci metalice. Ca parte a unui circuit, permite acumularea unei sarcini în izolator și stochează eficient energia într-un câmp electric. Pe măsură ce sarcina crește, curentul se reduce. După un anumit timp, condensatorul nu va mai putea absorbi nicio sarcină, iar curentul va scădea la zero, moment în care se va descărca, producând un flux de electroni în direcția opusă.
Dacă, totuși, frecvența AC este mare, curentul își va schimba direcția în mai puțin timp decât îi ia condensatorul pentru a se „umple”. Deoarece curentul este la maximum la începutul unui ciclu, o sursă de curent alternativ de înaltă frecvență va fi practic neafectată de un condensator. În schimb, dacă frecvența este scăzută, acest lucru va permite să se acumuleze o anumită încărcare în condensator, provocând o reducere a curentului înainte de următorul ciclu. Condensatorii sunt folosiți în multe dispozitive și gadget-uri populare, astfel încât reactanța capacitivă este de obicei un factor important în impedanță.
Reactanța inductivă
Inductanța este tendința unui curent în schimbare care curge printr-un fir de a induce un curent opus într-un conductor apropiat. Acest lucru se întâmplă deoarece un curent electric în schimbare produce un câmp magnetic în schimbare, care, la rândul său, face ca electronii să curgă în orice material conductor din domeniul său. Când un fir este înfășurat într-o bobină, acesta formează un inductor și va induce un flux opus de electroni sau forță electromotoare (EMF) în sine. Tensiunea EMF indusă crește odată cu viteza de modificare a tensiunii de alimentare, astfel încât creșterea frecvenței AC va crește reactanța inductivă. Ca și condensatorii, inductoarele sunt componente utilizate în mod obișnuit.
Condensatoare și inductori în combinație
Când ambele dispozitive sunt prezente într-un circuit, efectele depind nu numai de frecvența AC, ci și de modul în care sunt conectate. Dacă un condensator și un inductor sunt conectați în serie, curentul crește inițial cu frecvența, atingând un maxim la un anumit punct, cunoscut sub numele de frecvență de rezonanță, și scade ulterior. Dacă sunt conectate în paralel, curentul scade cu frecvență în creștere până când se ajunge la un punct în care nu curge niciunul. Dincolo de acest punct, fluxul crește din nou.
Măsură și unități
Ca și rezistența, reactanța și impedanța sunt măsurate în ohmi. În ecuații, impedanța este în mod normal reprezentată de simbolul Z, iar reactanța de X. Reactanța capacitivă și inductivă sunt reprezentate de XC și, respectiv, XL. Similar cu legea lui Ohm pentru rezistență, impedanța totală poate fi exprimată ca Z=V/I, unde Z este dat în ohmi; V este tensiunea, dată în volți; iar I este curent, dat în amperi.