Impedância eléctrica

A impedância eléctrica é a quantidade de oposição que um circuito apresenta à mudança de corrente ou tensão.

As duas principais formas de escrever uma impedância são: (ver a 2ª figura, "plano de impedância complexo")

com a resistência "R" (parte real) e a reactância "X" (parte imaginária), por exemplo Z = 1 + 1 j {\displaystyle Z=1+1j} $Z=1+1j$
com uma grandeza e uma fase (o tamanho Z estilo de jogo Z à esquerda, à direita, à esquerda, à direita, à esquerda e à esquerda $\left\vert Z\right\vert$ e o ângulo ∠ θ θ estilo de jogo em ângulo $\angle \theta$ ), por exemplo Z = 1.4 ∠ 45 ∘ {\displaystyle Z=1.4 ângulos 45^{\circ }}}, por exemplo Z = 1.4 ∠ 45 ∘ $Z=1.4\angle 45^{\circ }$ (1,4 ohm a 45 graus)

A Impedância e a resistência são bastante semelhantes:

No caso de resistência, uma resistência resiste a qualquer corrente que a atravesse. Quanto maior for a resistência, maior será a tensão necessária para se conseguir uma determinada corrente. A fórmula é:

V = R ∗ I {\i} $V=R*I$ , onde V é a voltagem, R é a resistência, e I é a corrente.

Em caso de impedância, um indutor resiste a alterações da corrente e o condensador resiste a alterações da tensão.

A principal diferença entre resistência e impedância é a palavra "mudança", a taxa de mudança afecta a impedância. Normalmente a "mudança" é expressa como uma frequência, o número de vezes por segundo que a corrente ou tensão muda de direcção. As fórmulas são:

Para o indutor: Z = j 2 π f L {\i1}displaystyle Z=j2\pi fL,} $Z=j2\pi fL\,$

Para o condensador: Z = 1 j 2 π f C {\displaystyle Z={\frac {1}{j2\pi fC}}}} $Z={\frac {1}{j2\pi fC}}$

Onde Z é o símbolo da impedância, j é o número imaginário - 1 {\sqrt {-1}}} ${\sqrt {-1}}$ π {\i} $\pi$ é a constante pi, f é a frequência, L é a indutância e C é a capacitância. As unidades para a resistência e a impedância são as mesmas, o ohm com o símbolo Ω {\displaystyle {\displaystyle {\displaystyle {\displaystyle {\displaystyle } $\Omega$ (ómega capital).

Como indicado pelas fórmulas acima, a impedância varia dependendo da frequência, por exemplo, a zero Hertz, ou DC, a impedância do indutor é zero, o mesmo que um curto-circuito, e a impedância do condensador é infinita, o mesmo que um circuito aberto. A maioria dos sinais são a soma de muitas ondas sinusoidais a várias frequências (ver a transformação de fourier para mais detalhes), e cada um deles experimenta uma impedância diferente.

De modo semelhante à resistência, quanto maior for a impedância, maior será a tensão necessária para se conseguir uma determinada corrente. A fórmula é:

V = Z ∗ I {\i} $V=Z*I$ , onde V é a voltagem, Z é a impedância, e I é a corrente.

A nível físico, simplificando muitas coisas:

a resistência é causada pelas colisões dos electrões com os átomos dentro das resistências.
a impedância num condensador é causada pela criação de um campo eléctrico.
a impedância num indutor é causada pela criação de um campo magnético.

Uma diferença importante entre a resistência e a impedância é que uma resistência dissipa a energia, aquece, mas um indutor e um condensador armazenam a energia e podem devolver essa energia à fonte quando esta vai abaixo.

Se a impedância da fonte, cabo e carga não forem todos iguais, então uma fracção do sinal é reflectida de volta para a fonte, desperdiçando energia e criando interferências. A razão do reflexo pode ser calculada com:

Γ = Z L - Z S Z L + Z S {\i1}displaystyle Gamma ={Z_{L}-Z_{S} {\i}over Z_{L}+Z_{S}} $\Gamma ={Z_{L}-Z_{S} \over Z_{L}+Z_{S}}$ onde Γ {\i1}displaystyle Gamma {\i} $\Gamma$ (gama capital) é o coeficiente de reflexão, Z S {\displaystyle Z_{S}} $Z_{S}$ é a impedância da fonte, Z L {\displaystyle Z_{L}} $Z_{L}$ é a impedância da carga.

Qualquer meio que possa ter uma onda tem uma impedância de onda, mesmo espaço vazio (a luz é uma onda electromagnética e pode viajar no espaço) tem uma impedância de cerca de 377 Ω {\displaystyle {\displaystyle \displaystyle \displaystyle \displaystyle \displaystyle} $\Omega$ .

Uma representação gráfica do complexo plano de impedância

Uma fonte AC aplicando uma voltagem V ao estilo de escrita V $\scriptstyle V$ , através de uma impedância Z estilo de escrita Z $\scriptstyle Z$ , conduzindo uma corrente ao estilo I de escrita I $\scriptstyle I$ .

Um sinal é parcialmente reflectido de volta onde a impedância muda.

Fase

Através de uma resistência, tanto a tensão como a corrente sobem e descem ao mesmo tempo, diz-se que estão em fase, mas com uma impedância diferente, a tensão é deslocada por 1/4 de comprimento de onda atrás da corrente num condensador, e para a frente num indutor.

Um comprimento de onda de 1/4 é normalmente representado com o número imaginário "j", que também equivale a um desvio de 90 graus.

A utilização do número imaginário "j" torna a matemática muito mais simples, permite calcular a impedância total da mesma forma que se faz com as resistências, por exemplo uma resistência mais uma impedância em série é R+Z, e em paralelo é (R*Z)/(R+Z).

Através de um condensador (superior), a tensão (vermelha) muda depois da corrente (azul), através de um indutor (inferior) é anterior. A diferença de fase entre a tensão e a corrente é de 1/4 de comprimento de onda.

Perguntas e Respostas

P: O que é impedância elétrica?

R: Impedância elétrica é a quantidade de oposição que um circuito apresenta à mudança de corrente ou de voltagem.

P: Como pode ser escrita a impedância elétrica?

R: A impedância elétrica pode ser escrita com a resistência "R" (parte real) e a reatância "X" (parte imaginária), assim como com uma magnitude, fase, tamanho e ângulo.

P: Qual é a diferença entre a resistência e a impedância?

R: A principal diferença entre resistência e impedância é a palavra "mudança"; em outras palavras, a taxa de mudança afeta a impedância. A resistência resiste a qualquer corrente que passe por ela enquanto um indutor resiste a mudanças na corrente e um condensador resiste a mudanças na tensão.

P: Quais são algumas fórmulas associadas com a resistência e a impedância?

R: Para resistência, V=R*I onde V é tensão, R é resistência, e I é corrente; para indutores Z=j2πfL; para capacitores Z=1/j2πfC; onde Z representa impedância, j representa número imaginário -1 , π representa pi constante, f representa freqüência, L representa indutância, C representa capacitância.

P: Quais são algumas explicações físicas para resistência vs. impedância?

R: Resistência é causada por choque de elétrons com átomos dentro de resistências, enquanto a impedância de um indutor vem da criação de um campo elétrico e a de um condensador vem da criação de um campo magnético. Além disso, as resistências dissipam energia enquanto os indutores e capacitores armazenam energia que pode então ser devolvida à fonte quando ela cai.

P: Como o senhor calcula o coeficiente de reflexão?

R: O coeficiente de reflexão pode ser calculado usando Γ=(ZL-ZS)/(ZL+ZS) onde Γ (capital gamma) significa coeficiente de reflexão; ZS significa impedância da fonte; ZL significa impedância da carga.