Pojem impedancia sa bežne používa, ak niekto pripojí reproduktor ( zosilňovač ) k audio systému, obvykle ide o niekoľko ohmov, pravidelne tlačených vedľa mnohých vstupov alebo výstupných zásuviek. Aj keď je vlastnosť impedancie menej známa, slovo impedancia sa v mnohých inžinierskych disciplínach používa ako oponent proti vykonanej práci. Tento článok sa predovšetkým týka elektrickej impedancie, ktorá popisuje kombinovaný účinok odporu (R), indukčnej reaktance (XL) a kapacitnej reaktance (XC) v obvode striedavého prúdu, či už sa vyskytuje v jednej súčasti alebo v celku. obvod.

Čo je to elektrická impedancia?

Elektrická impedancia (skrátene známa tiež ako „impedancia“) je doplnením definície odporu voči striedavému prúdu (AC). To znamená, že impedancia zahŕňa jednak odpor (opozíciu elektrického prúdu, ktorý spôsobuje teplo), jednak reaktanciu (opatrenie takého opozičného prúdu sa strieda) - podrobne ide o opozíciu susediacu s elektrickými prúdmi. V priamy prúd (DC), elektrická impedancia je rovnaká ako odpor, až na to, že v obvodoch striedavého prúdu neplatí.

Elektrická impedancia

Impedancia môže byť tiež odlišná od odporu, keď obvod jednosmerného prúdu mení tok takým alebo iným spôsobom - podobne ako otvorenie a zatvorenie elektrického spínača , ako je možné pozorovať v počítačoch, keď otvárajú a zatvárajú prepínače, ktoré predstavujú jednotky a nuly (binárny jazyk). Opakom impedancie je tolerancia, ktorá je mierou tolerancie prúdu. Obrázok vľavo predstavuje komplexnú impedančnú rovinu, v ktorej je impedancia predstavovaná Z, odpor je znázornený ako R a reaktancia je znázornená znakom X.

Elektrická impedančná tomografia (EIT)

Základný princíp elektrickej impedančnej tomografie (EIT) je podobný tomografii s elektrickým odporom (ERT), pri ktorej sa vykonáva niekoľko meraní na periférii procesnej nádoby alebo trubice, ktoré sa kombinujú, aby poskytli informácie o elektrických vlastnostiach procesného objemu.

Elektroimpedančná tomografia

Elektrická impedančná tomografia (EIT) je neinvazívna lekárska zobrazovacia metóda, pri ktorej je údaj o vodivosti alebo permitivite časti tela náhodný z meraní povrchových elektród. Elektrická vodivosť závisí od obsahu voľných iónov a výrazne sa líši medzi rôznymi biologickými tkanivami (absolútny EIT) alebo odlišnými praktickými stavmi jedného a ďalších podobných tkanív alebo orgánov (relatívny alebo funkčný EIT). Väčšina systémov EIT aplikuje malé nepravidelné prúdy na jednej frekvencii, niektoré systémy EIT však používajú rôzne frekvencie na lepšie rozlíšenie medzi obvyklým a podozrivým abnormálnym tkanivom v rovnakom orgáne (multifrekvenčná EIT alebo elektrická impedančná spektroskopia).

Komplexná impedancia

Rezistor s hodnotou R má impedanciu R ohmov, reálne číslo. Ideálny tlmivka má komplexnú impedanciu

Z = j2πfL

Kde „f“ je frekvencia v Hertzoch a L je indukčnosť v Henries. Je to imaginárne, pretože ideálny tlmivka môže jednoducho ukladať a uvoľňovať elektrickú energiu. Nemôže ju rozptýliť ako teplo ako odpor. Podobne má ideálny kondenzátor komplexnú impedanciu

Z = -j / 2πfc

Kde „C“ je kapacita vo faradoch.

Využitie komplexnej impedancie

Správanie sa impedancie striedavého obvodu s rôznymi komponentmi sa rýchlo stane neovládateľným, ak sa na zobrazenie napätí a prúdu používajú sínusy a kosínusy. Matematické zostavenie, ktoré uľahčuje použitie zložitých exponenciálnych funkcií zložitosťou. Nevyhnutné časti stratégie sú nasledujúce

Matematický vzťah podložením techniky

ejωt = cosωt + sinωt

Skutočnú časť komplexnej exponenciálnej funkcie možno použiť na vyjadrenie striedavého napätia alebo prúdu.

V = Vm COSωt

I = Im COS (ωt-φ)

Impedancia môže byť potom vyjadrená ako komplexný exponenciál

Z = Vm / Im e-jØ = R + jX

Impedanciu jednotlivých prvkov obvodu možno potom vyjadriť ako čisté reálne alebo imaginárne čísla.

R –j / ωc jωL

Komplexná impedancia pre RL a RC

Používanie komplexnej impedancie je významnou technikou na prácu s viaczložkovými striedavými obvodmi. Ak sa použije komplexná rovina s odporom pozdĺž skutočnej osi, potom sa reaktancia kondenzátora a induktora považujú za imaginárne čísla. Pre sériové kombinácie komponentov, ako sú kombinácie RL a RC, sa hodnoty komponentov pridávajú, akoby išlo o komponenty vektora. Teraz je zobrazená karteziánska forma komplexnej impedancie. Môžu byť tiež písané v polárnej forme. Impedancie v kombinovaných obvodoch, ako je Paralelný obvod RLC .

Komplexná impedancia pre RL a RC

Odpor a reaktancia

Odpor je v zásade trenie proti pohybu elektrónov. Je tam do istej miery vo všetkých vodičoch (okrem supravodičov!), Predovšetkým v rezistoroch. Keď striedavý prúd prechádza odporom, vytvorí sa pokles napätia, ktorý je fázový s prúdom. Odpor je matematicky symbolizovaný písmenom „R“ a meria sa v jednotkách ohmov (Ω).

Obvod odporu a reaktancie

Reaktancia je v podstate neaktívna proti pohybu elektrónov. Je prítomné kdekoľvek, kde sú elektrické alebo magnetické polia vyvíjané proporcionálne k aplikovanému napätiu alebo prúdu, zodpovedajúcim spôsobom, ale predovšetkým v kondenzátoroch a tlmivkách. Keď striedavý prúd prechádza čistou reaktanciou, vytvára sa pokles napätia - ktorý je s prúdom 90 ° mimo fázy. Reaktancia je matematicky symbolizovaná písmenom „X“ a meria sa v jednotkách ohmov (Ω).

Aplikácie impedancie

Impedancia aj odpor majú uplatnenie, či už to považujete alebo nie, obe existujú vo vašom vlastnom dome. Elektrická energia vášho domu je riadená panelom, ktorý má v sebe poistky. Keď prechádzate elektrickým prúdom, sú tu poistky, ktoré prerušujú napájanie, aby sa minimalizovalo zranenie. Vaše poistky sú podobné rezistorom s veľmi vysokou kapacitou, ktoré sú schopné zasiahnuť úder. Bez nich by sa elektrický systém vášho domu vyprážal a vy by ste ho museli dorábať od nuly

Tento problém je možné vyriešiť vďaka impedancii a odporu. Ďalšia situácia, v ktorej má impedancia význam, je v kondenzátoroch. V kondenzátoroch sa impedancia používa na riadenie toku elektriny v doske plošných spojov. Bez riadenia kondenzátorov a prispôsobiteľného elektrického toku bude vaša elektronika používajúca striedavé prúdy buď smažiť, alebo sa zblázniť. Pretože striedavý prúd dodáva elektrinu s kolísavým impulzom, musí existovať brána, ktorá zadržiava všetku elektrinu a umožňuje jej plynulý chod, aby elektrický obvod nie je preťažený alebo nedostatočne zaťažený.

“ako fungujú analógové signály ”

V tomto článku sme diskutovali o teórii elektrických obvodov a koncepciách EIT (elektrická impedančná tomografia) a ich pracovných princípoch, komplexnej impedancii, použití komplexnej impedancie, komplexnej impedancii pre koncepty obvodov RL a RC a reaktancii a odporu. Konečne aplikácie elektrickej impedancie. Ďalej v prípade akýchkoľvek otázok týkajúcich sa tohto konceptu alebo elektrické a elektronické projekty , prosím, poskytnite svoje cenné návrhy komentárom v sekcii komentárov nižšie. Tu je otázka pre vás, aké sú aplikácie elektrickej impedancie ?

Fotografické úvery: