La impedància és una mesura de resistència al corrent altern. La unitat és d’ohms. Per calcular la impedància, heu de conèixer la suma de totes les resistències, així com les impedàncies de tots els inductors i condensadors, que donaran una quantitat variable de resistència al corrent en funció dels canvis de corrent. Podeu calcular la impedància mitjançant una fórmula matemàtica senzilla.
Resum de fórmules
- Impedància Z = R o XL o XC (si només se'n coneix un)
- Impedància en sèrie Z = (R2 + X2) (si es coneixen R i un de X)
- Impedància en sèrie Z = (R2 + (| XL - XC|)2) (si R, XL, i XC plenament conegut)
- Impedància en tot tipus de xarxes = R + jX (j és un nombre imaginari (-1))
- Resistència R = I / V
- Reactància inductiva XL = 2πƒL = L
- Reactància capacitiva XC = 1 / 2πƒL = 1 / L
Pas
Part 1 de 2: càlcul de la resistència i la reactància
Calculeu la impedància pas 1 Pas 1. Definició d'impedància
La impedància es denota amb el símbol Z i té unitats d’Ohms (Ω). Podeu mesurar la impedància de qualsevol circuit o component elèctric. Els resultats de la mesura us indicaran quant el circuit està bloquejant el flux d’electrons (corrent). Hi ha dos efectes diferents que frenen la velocitat de corrent, que contribueixen a la impedància:
- La resistència (R) o resistència és la desacceleració del corrent causada pel material i la forma del component. Aquest efecte és més gran en les resistències, tot i que tots els components han de tenir almenys certa resistència.
- La reactància (X) és la desacceleració del corrent a causa de camps elèctrics i magnètics que resisteixen els canvis de corrent o tensió. Aquest efecte és més significatiu per als condensadors i els inductors.
Calculeu la impedància pas 2 Pas 2. Reviseu la resistència
La resistència és un concepte bàsic en el camp dels estudis elèctrics. Ho podeu veure a la llei d'Ohm: V = I * R. Aquesta equació us permet calcular els valors d'aquestes variables sempre que conegueu almenys dues de les tres variables. Per exemple, per calcular la resistència, escriviu la fórmula com a R = I / V. També podeu calcular fàcilment la resistència amb un multímetre.
- V és tensió, la unitat és Volts (V). Aquesta variable també es coneix com la diferència de potencial.
- I és el corrent, la unitat és Ampere (A).
- R és resistència, la unitat és Ohm (Ω).
Calculeu la impedància pas 3 Pas 3. Esbrineu el tipus de reactància a calcular
La reactància només es produeix en circuits de corrent altern (CA). Igual que la resistència, la reactància té unitats d’Ohms (Ω). Hi ha dos tipus de reactància presents en diferents components elèctrics:
- Reactància inductiva XL produït per l’inductor, també conegut com a bobina o reactor. Aquests components produeixen un camp magnètic que resisteix els canvis de direcció en un circuit de corrent altern. Com més ràpid es produeix el canvi de direcció, més gran serà el valor de la reactància inductiva.
- Reactància capacitiva XC generat per un condensador que emmagatzema una càrrega elèctrica. A mesura que el flux de corrent en un circuit de CA canvia de direcció, el condensador es carregarà i es descarregarà repetidament. Com més temps hagi de carregar-se el condensador, més resistirà el condensador. Per tant, com més ràpid es produeix el canvi de direcció, menor serà el valor de reactància capacitiva resultant.
Calculeu la impedància pas 4 Pas 4. Calculeu la reactància inductiva
Com es va descriure anteriorment, la reactància inductiva augmentarà amb la velocitat de canvi en la direcció del corrent o freqüència del circuit. Aquesta freqüència es denota amb el símbol i té unitats d'Hertz (Hz). La fórmula completa per calcular la reactància inductiva és XL = 2πƒL, on L és la inductància amb unitats d'Henry (H).
- La inductància L depèn de les característiques de l’inductor utilitzat, com ara el nombre de bobines. També podeu mesurar la inductància directament.
- Si reconeixeu el cercle unitari, imagineu-vos un corrent altern representat per un cercle i una rotació completa de 2π radians que representin un cicle. Quan multipliqueu aquest valor per Hertz (unitats per segon), obteniu el resultat en radians per segon. Aquesta és la velocitat angular del circuit i es pot escriure en minúscula com a omega. Podeu escriure la fórmula de la reactància inductiva a XL= ωL
Calculeu la impedància del pas 5 Pas 5. Calculeu la reactància capacitiva
Aquesta fórmula és similar a la fórmula per trobar la reactància inductiva, però la reactància capacitiva és inversament proporcional a la freqüència. Reactància capacitiva XC = 1 / 2πƒC. C és el valor de la capacitat del condensador, en Farads (F).
- Podeu mesurar la capacitat mitjançant un multímetre i alguns càlculs bàsics.
- Com s'ha explicat anteriorment, aquesta variable es pot escriure en 1 / L.
Part 2 de 2: càlcul de la impedància total
Calculeu la impedància pas 6 Pas 1. Sumeu les resistències al mateix circuit
La impedància total és fàcil de calcular quan un circuit té diverses resistències sense inductors ni condensadors. En primer lloc, mesureu el valor de resistència de cada resistència (o de qualsevol component que tingui resistència) o busqueu al diagrama del circuit les parts etiquetades amb ohms de resistència (Ω). Sumeu segons el tipus de circuit entre els components:
- Les resistències connectades en un circuit en sèrie (els extrems de les quals estan connectades en una sola línia de cable) es poden sumar juntes. La resistència total es converteix en R = R1 + R2 + R3…
- Les resistències connectades en paral·lel (cada resistència té un cable diferent però connectades al mateix circuit) se sumen a la inversa. La quantitat total de resistència es converteix en R = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 …
Calculeu la impedància pas 7 Pas 2. Sumeu els valors de reactància al mateix circuit
Quan només hi ha inductors en un circuit o només condensadors, la impedància total és igual a la reactància total. Calculeu el següent:
- Inductor en sèrie: Xtotal = XL1 + XL2 + …
- Condensadors en sèrie: Ctotal = XC1 + XC2 + …
- Inductor en circuit paral·lel: Xtotal = 1 / (1 / XL1 + 1 / XL2 …)
- Condensador en circuit paral·lel: Ctotal = 1 / (1 / XC1 + 1 / XC2 …)
Calculeu la impedància pas 8 Pas 3. Restar la reactància inductiva per la reactància capacitiva per obtenir la reactància total
Atès que l’efecte d’una reactància augmenta a mesura que disminueix l’efecte de l’altra reactància, les dues reactàncies tendeixen a reduir l’efecte de l’altre. Per trobar el valor total, resteu el valor de reactància més gran pel valor de reactància més petit.
Obtindreu el mateix resultat de la fórmula Xtotal = | XC - XL|
Calculeu la impedància pas 9 Pas 4. Calculeu la impedància de la resistència i reactància en un circuit en sèrie
No els podeu afegir perquè els dos valors es troben en fases diferents. És a dir, els seus valors canvien amb el pas del temps com a part del cicle de corrent altern, però arriben al màxim en diferents moments. Afortunadament, quan tots els components estan en sèrie (només hi ha un cable), podem utilitzar la fórmula simple Z = (R2 + X2).
Els càlculs darrere d'aquesta fórmula impliquen "fasors", tot i que també semblen estar relacionats amb la geometria. Podem representar els dos components R i X com els dos costats d’un triangle rectangle, amb la impedància Z com a costat perpendicular
Calculeu la impedància pas 10 Pas 5. Calculeu la impedància de la resistència i reactància en un circuit paral·lel
Aquesta és una manera comuna de calcular la impedància, però requereix una comprensió de nombres complexos. Aquesta és l'única manera de calcular la impedància total d'un circuit paral·lel que implica resistència i reactància.
- Z = R + jX, amb j com a component imaginari: (-1). Utilitzeu j en lloc de i per evitar confusions amb I que representa actual.
- No podeu combinar aquests dos números. Per exemple, una impedància es pot escriure com 60Ω + j120Ω.
- Si teniu dos circuits d’aquesta sèrie, podeu afegir els components de nombres reals i components imaginaris per separat. Per exemple, si Z1 = 60Ω + j120Ω i connectat en sèrie amb una resistència de Z2 = 20Ω, llavors Ztotal = 80Ω + j120Ω.
