امپدانس الکتریکی

امپدانس الکتریکی مقدار مقاومتی است که تحت یک اختلاف پتانسیل در برابر جریان الکتریکی ظاهر می‌شود. مقدار امپدانس یک عدد حقیقی یا مختلط است که بنابر قانون اهم از نسبت ولتاژ به جریان به دست می‌آید. امپدانس با نماد Z {displaystyle Z} نمایش داده می‌شود.

در مداری که تحت ولتاژ و جریان متناوب قرار دارد، مقادیر ولتاژ و جریان تحت تبدیل فازبردار به صورت مختلط نمایش داده می‌شوند و در نتیجه امپدانس، عددی مختلط خواهد بود. بنابراین در یک مدار با ولتاژهای مستقیم، امپدانس عددی حقیقی خواهد بود.

قانون اهم

بر طبق این قانون هرگاه دمای یک رسانای فلزی ثابت باشد نسبت اختلاف پتانسیل دو سر رسانا به شدت جریانی که از ان عبور می‌کند مقدار ثابتی است که این نسبت را مقاومت الکتریک رسانا می‌نامیم و از رابطهٔ R=V/I تبیعیت می‌کند که در ان V یا ولتاژ برحسب ولت و I یا آمپر بر حسب امپر و R بر حسب اهم است. تقریباً تمام مقاومت‌های خطی از رابطهٔ بالا پیروی می‌کنند.

جریان و ولتاژ مرکب

مثالی از راه حلی خلاقانه

گوشه‌های فاز در این معادلات برای امپدانس القاگرها و خازن‌ها نشان می‌دهد که ولتاژ در خازن، جریان را با اختلاف فاز π / ۲ {displaystyle scriptstyle {pi /2}} پس می‌زند در حالی که ولتاژ در یک القاگر، جریان را به اندازه π / ۲ {displaystyle scriptstyle {pi /2}} به جلو می‌راند. از آنجا که دامنه نوسان ولتاژ و جریان باهم برابرند لذا می‌توان گفت که بزرگی امپدانس برابر با یک است

مقاومت و رآکتانس

مقاومت رسانا

معمولاً مواد را از جنبهٔ رسانایی به سه دسته کلی ۱-مواد رسانا :موادی که حرارت و جریان الکتریکی را به خوبی از خود عبور می‌دهند مانند فلزاتی از قبیل (طلا، مس، آهن و…) رسانایی این مواد تحت تاثیر دما دستخوش تغییراتی می‌شود و با بالا رفتن دما مقاومت انها زیاد می‌شود و با پایین آمدن دما مقاومت‌های آنها نیز پایین می اید که حتی در دماهای خیلی پایین حالت ابر رسانا نیز رخ می‌دهد. معمولاً در دمای ثابت مقاومت را با توجه به سطح (مساحت) مقطع جسم، طول جسم و خصوصیات فیزیکی جسم (جنس جسم و….) واز ربطه R=ρ(L/A)اندازه‌گیری می‌کنند که در ان R یا مقاومت بر حسب اهم، L یا طول رسانا برحسب متر و A مساحت سطح مقطع بر حسب متر -مربع می‌باشد و ρ نیز رسانایی ویژه رسانا می‌باشد که به خصوصیات ذاتی ماده بر می‌گردد و در آزمایشگاه اندازه‌گیری می‌شود. لازم به توضیح بسیار مهم است که مقاومت به اختلاف پتانسیل و جریان عبوری وابسته نیست بلکه جنس و شکل ماده بستگی دارد که از رابطه بالا همین نیجه قابل استنباط می‌باشد.

۲- مواد نیمه رسانا: این دسته از مواد دارای هدایت الکتریکی کمتری بوده و لی ویژگی مطرح ان قابل کنترل بودن هدایت ان است. مواد نیمه رسانا مانند سیلیسیوم (سیلیکن) و ژرمانیوم را می‌توان نام برد. تغییرات رسانایی مواد نیمه رسانا تابع عواملی چون تحریک نوری و تغییرات دما و خلوص انها است چراکه مواد نیمه رسانا رسانای جالبی ندارند ولی بعد از افزایش مقداری نا خالصی رسانایی آنها بشدت افزایش می‌یابد از مواد نیمه رسانا در ساختمان دیودها استفاده می‌شود.

۳- مواد عایق که از نظر هدایت الکتریکی در ولتاژهای پایین بهره مناسبی ندارند.

رآکتانس

خازن و سلف در هنگام عبور جریان از انها دارای مقادیری مقاومت موهومی می‌شوند که به انها راکتانس می‌گویند و معمولاً انرا با X نشان می‌دهند

راکتانس ظرفیتی (رآکتانس خازنی)

راکتانس القایی

ترکیب امپدانس‌ها

همان طوری که می دانیم امپدانس خازن از رابطهٔ jXc- بدست می اید که در ان Xc=۱/ωcاست به Xcراکتانس خازن می‌گویند. در حالت کلی امپدانس خازن از رابطهٔ Z=-j/ωc محاسبه می‌گردد. در برخورد با امپدانس‌ها همان کاری را می‌کنیم که با مقاومت‌ها می‌کنیم نکته‌ای که این جا مطرح می‌شود رابطهٔ ω است. که این رابطه ω=۲πf که دران f فرکانس و ω فرکانس زاویه‌ای می‌باشد.

و امپدانس سلف نیز از رابطهٔ Z=jXl محاسبه می‌گردد که Xl=ωL و در نتیجه Z=jωl است.

نکته بسیار مهم آن است که: با توجه به رابطه یω=۲πf و رابطهٔ Z=-j/ωc در خازن و رابطهٔ Z=jωL در سلف نتیجه می‌شود که: در فرکانسهای خیلی بالا امپدانس سلف خیلی بالا است (مدار باز می‌شود) ودر همان فر کانس بالا امپدانس خازن به سمت صفر میل می‌کند (اتصال کوتاه) ودر حالت فرکانس خیلی پایین مطالب فوق عکس می‌گردد

ترکیب سری

گفتیم که در واحد امپدانس الکتریکی اهم است و می‌توان با آن مانند یک مقاومت برخورد کرد یعنی در اتصال (ترکیب) سری امپدانس‌ها تک تک امپدانس‌ها با هم جمع شود یعنی Z=Z_۱+Z_۲+Z_۳+…Z_n می‌باشد مثال دو امپدانس سری دار یم که اولی با مقدار Z_۱۱=۶+j۸و دومی با مقدار Z_۲=۳+j۴ مباشد امپدانس کلی برابر است با Z=۹+j۱۲

ترکیب موازی

وقتی دو مقاومت را به طور موازی با هم قرار دهید و پایه‌های آن‌ها را به هم وصل کنید به این ترکیب، ترکیب موازی گفته می‌شود.