Impedancja, impedancja zespolona, Z (od łac. impedimentum, przeszkoda) – wielkość charakteryzująca zależność między natężeniem prądu i napięciem w obwodach prądu przemiennego (sinusoidalnie zmiennego).

Impedancja jest uogólnieniem oporu elektrycznego, charakteryzującego tę zależność w obwodach prądu stałego. Impedancja jest wielkością zespoloną. Część rzeczywista impedancji opisuje opór związany z prądem płynącym w fazie zgodnej z przyłożonym napięciem, część urojona – z prądem przesuniętym w fazie, który wyprzedza przyłożone napięcie lub jest opóźniony względem niego.

Uwaga: Czasem skrótowo i błędnie impedancją jest nazywany moduł impedancji, czyli zawada, ale także odwrotnie – impedancja zawadą.

Związek z napięciem i natężeniemEdytuj

 
Impedancja na płaszczyźnie zespolonej

W opisie z użyciem funkcji zespolonych napięcie elektryczne przemienne przedstawia się z użyciem funkcji wykładniczej o argumencie i wartości będącej liczbami zespolonymi. Impedancja jest równa ilorazowi napięcia i natężenia prądu:

 

Przykładowo napięcie można przedstawić jako[a]:

 

Pod wpływem napięcia w obwodzie płynie prąd, którego natężenie:

 

gdzie:

  •   oraz   są amplitudami zespolonymi odpowiednio napięcia i prądu,
  •   jest przesunięciem fazowym między napięciem a natężeniem prądu.

Impedancja wiąże się z tymi wielkościami:

 

Część rzeczywista i urojonaEdytuj

Użycie funkcji zespolonych umożliwia pominięcie części oscylacyjnej funkcji. Z tego względu, że przesunięcie fazowe   zależy też od częstotliwości, w ogólności zapisuje się impedancję jako wielkość zależną od częstości kołowej:

 

Część rzeczywistą impedancji   nazywa się rezystancją lub oporem czynnym, odpowiada ona za prąd płynący w fazie z napięciem i moc czynną urządzenia. Część urojoną impedancji nazywa się reaktancją lub oporem biernym, odpowiada za prąd przesunięty względem napięcia o +90° albo o –90° i moc bierną. Faza impedancji   ma sens fizyczny przesunięcia fazowego między przyłożonym napięciem a płynącym prądem.

Moduł impedancjiEdytuj

Moduł impedancji, zwany również zawadą, wyrażony jest wzorem

 

WłasnościEdytuj

Impedancja idealnego rezystoraEdytuj

Impedancja idealnego rezystora jest rzeczywista (ma zerową część urojoną)

 

O impedancji będącej liczbą rzeczywistą mówi się, że ma charakter rezystywny lub czynny.

Impedancja kondensatoraEdytuj

Impedancja idealnego kondensatora jest urojona (ma zerową część rzeczywistą) i wyraża się przez

 

Jeżeli reaktancja   jest ujemna, wtedy nazywa się ją kapacytancją, a o impedancji mówi, że ma charakter pojemnościowy.

Impedancja indukcyjnościEdytuj

Impedancja idealnej indukcyjności jest urojona (ma zerową część rzeczywistą) i wyraża się przez

 

Jeżeli reaktancja   jest dodatnia, nazywa się ją wtedy induktancją, a o impedancji mówi, że ma charakter indukcyjny.

Łączenie impedancjiEdytuj

 
Szeregowe połączenie impedancji

Przy obliczaniu impedancji zastępczych postępuje się podobnie jak przy łączeniu rezystorów.

Jeżeli łączone są szeregowo elementy o impedancjach   impedancja zastępcza ma wartość:

 
 
Równoległe połączenie impedancji

Jeżeli łączone są równolegle elementy o impedancjach   to impedancja zastępczą określa wzór:

 

ZastosowanieEdytuj

 
Szeregowy układ RLC

Pojęcie impedancji ma duże znaczenie w fizyce, do analizy własności elektrycznych materiałów (spektroskopia impedancyjna). W elektrotechnice i elektronice jest używana przy analizie obwodów prądu przemiennego. Przykładem może być analiza obwodów rezonansowych.

Szeregowy obwód rezonansowy RLCEdytuj

 
Równoległy układ RLC

Impedancja szeregowo połączonych elementów rezystora   kondensatora   i indukcyjności   jest sumą impedancji elementów obwodu:

 

moduł impedancji

 

Impedancja osiąga minimum o wartości   przy częstości równej

 

Przy tej częstości prąd płynący przez obwód przy danym przyłożonym napięciu osiągnie maksimum (zjawisko rezonansu).

Równoległy obwód rezonansowy RLCEdytuj

Dla równolegle połączonych elementów rezystora   kondensatora   i indukcyjności   odwrotność wypadkowej impedancji jest sumą odwrotności impedancji elementów obwodu:

 

Wzór na moduł impedancji będzie miał postać:

 

Ze wzoru tego widać, że częstość rezonansowa układu jest taka sama, jak w połączeniu szeregowym, natomiast wartość modułu impedancji osiąga w rezonansie maksimum równe  

JednostkaEdytuj

Jednostką zarówno części rzeczywistej, jak i urojonej impedancji w układzie SI jest om.

Zobacz teżEdytuj

UwagiEdytuj

  1. W elektrotechnice, fizyce i elektronice, na oznaczenie jednostki urojonej używa się często nie litery   jak w matematyce, ale   – w celu uniknięcia niejednoznaczności, wynikających z oznaczania chwilowego natężenia prądu literą