Der Begriff Impedanz wird häufig verwendet, wenn jemand einen Lautsprecher anschließt ( Verstärker ) Bei einem Audiosystem handelt es sich normalerweise um eine Anzahl von Ohm, die regelmäßig neben vielen Eingängen oder an einer Ausgangsbuchse gedruckt werden. Obwohl die Eigenschaft der Impedanz weniger verstanden wird, wird das Wort Impedanz in vielen technischen Disziplinen verwendet, um als Gegner der geleisteten Arbeit bezeichnet zu werden. Auf jeden Fall bezieht sich dieser Artikel insbesondere auf die elektrische Impedanz, die einen kombinierten Effekt von Widerstand (R), induktiver Reaktanz (XL) und kapazitiver Reaktanz (XC) in einem Wechselstromkreis beschreibt, unabhängig davon, ob er in einer einzelnen Komponente oder in einer gesamten Komponente auftritt Schaltkreis.

Was ist elektrische Impedanz?

Die elektrische Impedanz (kurz auch als „Impedanz“ bezeichnet) ist eine Ergänzung der Definition des Widerstands gegen Wechselstrom (AC). Dies bedeutet, dass die Impedanz sowohl den Widerstand (Widerstand des elektrischen Stroms, der Wärme verursacht) als auch die Reaktanz (ein Maß für einen solchen Gegenstrom wechselt) umfasst - im Detail den Widerstand neben den elektrischen Strömen. In dem Gleichstrom (DC) entspricht die elektrische Impedanz dem Widerstand, außer dass sie in Wechselstromkreisen nicht gilt.

Elektrische Impedanz

Die Impedanz kann sich auch vom Widerstand unterscheiden, wenn ein Gleichstromkreis den Durchfluss auf die eine oder andere Weise ändert - ähnlich wie beim Öffnen und Schließen eines elektrischen Schalters , wie es bei Computern beobachtet wird, wenn sie Schalter öffnen und schließen, um Einsen und Nullen darzustellen (Binärsprache). Das Gegenteil der Impedanz ist die Admittanz, die das Maß für die Zulässigkeit des Stroms ist. Die Abbildung links ist eine komplexe Impedanzebene, in der die Impedanz durch ein Z dargestellt wird, der Widerstand als R dargestellt ist und die Reaktanz mit X dargestellt ist.

Elektrische Impedanztomographie (EIT)

Das Grundprinzip der elektrischen Impedanztomographie (EIT) ähnelt der elektrischen Widerstandstomographie (ERT), so dass mehrere Messungen am Umfang eines Prozessgefäßes oder -rohrs durchgeführt und kombiniert werden, um Informationen über die elektrischen Eigenschaften des Prozessvolumens zu erhalten.

Elektrische Impedanztomographie

Die elektrische Impedanztomographie (EIT) ist eine nicht-invasive medizinische Bildgebungsmethode, bei der eine Zahl der Leitfähigkeit oder Permittivität eines Körperteils aus den Oberflächenelektrodenmessungen hervorgeht. Die elektrische Leitfähigkeit hängt vom Gehalt an freien Ionen ab und unterscheidet sich signifikant zwischen verschiedenen biologischen Geweben (absolute EIT) oder unterschiedlichen praktischen Zuständen eines und anderer ähnlicher Gewebe oder Organe (relative oder funktionelle EIT). Die Mehrheit der EIT-Systeme legt bei einer einzigen Frequenz nur geringe unregelmäßige Ströme an. Einige EIT-Systeme verwenden jedoch verschiedene Frequenzen, um besser zwischen normalem und vermutetem abnormalem Gewebe innerhalb desselben Organs zu unterscheiden (Mehrfrequenz-EIT- oder elektrische Impedanzspektroskopie).

Komplexe Impedanz

Ein Widerstand mit einem Wert von R hat eine Impedanz von R Ohm, eine reelle Zahl. Ein idealer Induktor hat eine komplexe Impedanz von

Z = j2πfL

Wobei 'f' die Frequenz in Hertz und L die Induktivität in Henries ist. Es ist imaginär, weil ein idealer Induktor einfach elektrische Energie speichern und abgeben kann. Es kann es nicht wie ein Widerstand als Wärme abführen. In ähnlicher Weise hat ein idealer Kondensator eine komplexe Impedanz von

Z = -j / 2πfc

Wobei 'C' die Kapazität in Farad ist.

Verwendung der komplexen Impedanz

Das Verhalten der Impedanz eines Wechselstromkreises mit verschiedenen Komponenten wird schnell unüberschaubar, wenn Sinus und Cosinus zur Darstellung der Spannungen und des Stroms verwendet werden. Ein mathematischer Build, der die komplexe Verwendung komplexer Exponentialfunktionen erleichtert. Die notwendigen Teile der Strategie sind wie folgt

Mathematische Beziehung, die der Technik zugrunde liegt

ejωt = cosωt + sinωt

Der Realteil einer komplexen Exponentialfunktion kann zur Darstellung einer Wechselspannung oder eines Wechselstroms verwendet werden.

V = Vm COSωt

I = Im COS (ωt-φ)

Die Impedanz kann dann als komplexes Exponential ausgedrückt werden

Z = Vm / Im e-jØ = R + jX

Die Impedanz der einzelnen Schaltungselemente kann dann als reine reelle oder imaginäre Zahlen ausgedrückt werden.

R –j / ωc jωL

Komplexe Impedanz für RL und RC

Die Verwendung einer komplexen Impedanz ist eine wichtige Technik für die Handhabung von Mehrkomponenten-Wechselstromkreisen. Wenn eine komplexe Ebene mit Widerstand entlang der realen Achse verwendet wird, wird die Reaktanz eines Kondensators und eines Induktors als imaginäre Zahlen behandelt. Bei Reihenkombinationen der Komponenten wie RL- und RC-Kombinationen werden die Komponentenwerte addiert, als wären sie Komponenten eines Vektors. Dargestellt ist nun die kartesische Form der komplexen Impedanz. Sie können auch in polarer Form geschrieben werden. Impedanzen in Kombinationsschaltungen wie der RLC-Parallelschaltung .

Komplexe Impedanz für RL und RC

Widerstand und Reaktanz

Widerstand ist grundsätzlich Reibung gegen die Bewegung von Elektronen. Es ist bis zu einem gewissen Grad in allen Leitern vorhanden (außer in Supraleitern!) Und vor allem in Widerständen. Wenn der Wechselstrom einen Widerstand durchläuft, entsteht ein Spannungsabfall, der mit dem Strom in Phase ist. Der Widerstand wird mathematisch durch den Buchstaben „R“ symbolisiert und in der Einheit Ohm (Ω) gemessen.

Widerstands- und Reaktanzschaltung

Die Reaktanz ist gegen die Bewegung von Elektronen im wesentlichen inaktiv. Es ist überall dort vorhanden, wo elektrische oder magnetische Felder proportional zu einer angelegten Spannung oder einem angelegten Strom entwickelt werden, entsprechend, aber vor allem in Kondensatoren und Induktivitäten. Wenn der Wechselstrom eine reine Reaktanz durchläuft, wird ein Spannungsabfall erzeugt, der um 90 ° phasenverschoben zum Strom ist. Die Reaktanz wird mathematisch durch den Buchstaben „X“ symbolisiert und in Ohm (Ω) gemessen.

Anwendungen der Impedanz

Impedanz und Widerstand haben beide Anwendungen, ob Sie es in Betracht ziehen oder nicht, beide existieren in Ihrem eigenen Haus. Der Strom Ihres Hauses wird von einem Panel gesteuert, in dem sich Sicherungen befinden. Wenn Sie einen Stromstoß durchlaufen, unterbrechen die Sicherungen die Stromversorgung, um die Verletzung zu minimieren. Ihre Sicherungen ähneln Widerständen mit sehr hoher Kapazität, die den Schlag aushalten können. Ohne sie würde das elektrische System Ihres Hauses braten und Sie müssten es von Grund auf neu erfinden

Dieses Problem kann dank Impedanz und Widerstand gelöst werden. Eine andere Situation, in der Impedanz wichtig ist, sind Kondensatoren. In Kondensatoren wird die Impedanz verwendet, um den Stromfluss in einer Leiterplatte zu steuern. Ohne die Kondensatoren, die den elektrischen Fluss steuern und anpassen, wird Ihre Elektronik, die Wechselströme verwendet, entweder braten oder wütend werden. Da Wechselstrom Strom mit einem schwankenden Impuls liefert, muss es ein Tor geben, das den gesamten Strom zurückhält und ihn reibungslos laufen lässt der Stromkreis ist nicht über- oder unterlastet.

“Closed-Loop-System vs Open-Loop-System ”

In diesem Artikel haben wir Konzepte der elektrischen Schaltungstheorie und der EIT (elektrische Impedanztomographie) und ihre Arbeitsprinzipien, komplexe Impedanz, Verwendung komplexer Impedanz, komplexe Impedanz für RL- und RC-Schaltungskonzepte sowie Reaktanz und Widerstand erörtert. Schließlich Anwendungen der elektrischen Impedanz. Darüber hinaus für alle Fragen zu diesem Konzept oder Elektro- und Elektronikprojekte Bitte geben Sie Ihre wertvollen Vorschläge, indem Sie im Kommentarbereich unten einen Kommentar abgeben. Hier ist eine Frage an Sie, Was sind die Anwendungen einer elektrischen Impedanz ?

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