Impedans
Elektrisk impedans er den modstand, som et kredsløb yder mod en strøm- eller spændingsændring.
De to vigtigste måder at skrive en impedans på er: (se den anden figur, "komplekse impedansplan")
- med modstanden "R" (realdelen) og reaktansen "X" (imaginærdelen), f.eks. Z = 1 + 1 j {\displaystyle Z=1+1j}
- med en størrelse og en fase (størrelsen | Z | {\displaystyle \left\vert Z\right\vert }
og vinklen ∠ θ {\displaystyle \angle \theta } 
), f.eks. Z = 1,4 ∠ 45 ∘ {\displaystyle Z=1,4\angle 45^{\circ }} 
(1,4 ohm ved 45 grader)
Impedansen og modstanden er ret ens:
I tilfælde af modstand modstår en modstand enhver strøm, der går igennem den. Jo højere modstanden er, jo højere er den spænding, der er nødvendig for at opnå en given strømstyrke. Formlen er følgende:
V = R ∗ I {\displaystyle V=R*I}
, hvor V er spændingen, R er modstanden, og I er strømmen.
I tilfælde af impedans modstår en induktor ændringer i strømmen, og kondensatoren modstår ændringer i spændingen.
Den vigtigste forskel mellem modstand og impedans er ordet "ændring", idet ændringshastigheden påvirker impedansen. Normalt udtrykkes "ændringen" som en frekvens, dvs. antallet af gange i sekundet, hvor strømmen eller spændingen ændrer retning. Formlerne er følgende:
Til spolen: Z = j 2 π π f L {\displaystyle Z=j2\pi fL\\,} 
Til kondensatoren: Z = 1 j 2 π f C {\displaystyle Z={\frac {1}{j2\pi fC}}} 
Hvor Z er symbolet for impedans, j er det imaginære tal - 1 {\displaystyle {\sqrt {-1}}} 
, π {\displaystyle \pi }
er konstanten pi, f er frekvensen, L er induktansen og C er kapacitansen. Enhederne for modstand og impedans er de samme, ohm med symbolet Ω {\displaystyle \Omega } (
stort omega).
Som det fremgår af ovenstående formler, varierer impedansen afhængigt af frekvensen, f.eks. ved 0 Hertz eller jævnstrøm er spolens impedans nul, hvilket svarer til en kortslutning, og kondensatorens impedans er uendelig, hvilket svarer til en åben kreds. De fleste signaler er summen af mange sinusbølger ved forskellige frekvenser (se fouriertransformationen for flere detaljer), og hver af dem har en anden impedans.
På samme måde som med modstanden gælder det, at jo højere impedans, jo højere spænding skal der til for at opnå en given strømstyrke. Formlen er:
V = Z ∗ I {\displaystyle V=Z*I}
, hvor V er spændingen, Z er impedansen, og I er strømmen.
På det fysiske plan forenkler vi mange ting:
- modstanden skyldes elektronernes kollisioner med atomerne i modstanden.
- impedansen i en kondensator skyldes, at der opstår et elektrisk felt.
- impedansen i en induktor skyldes dannelsen af et magnetfelt.
En vigtig forskel mellem modstanden og impedansen er, at en modstand afgiver energi, den bliver varm, mens en induktor og en kondensator lagrer energien og kan returnere den til kilden, når den går ned.
Hvis impedansen af kilden, kablet og belastningen ikke alle er lige store, reflekteres en del af signalet tilbage til kilden, hvilket spilder strøm og skaber interferens. Refleksionsforholdet kan beregnes med:
Γ = Z L - Z S Z L + Z S {\displaystyle \Gamma ={Z_{L}-Z_{S} \over Z_{L}+Z_{S}}}}
hvor Γ {\displaystyle \Gamma } 
(hovedstaden gamma) er refleksionskoefficienten, Z S {\displaystyle Z_{S}}}
er kildens impedans, Z L {\displaystyle Z_{L}}}
er belastningens impedans.
Ethvert medium, der kan have en bølge, har en bølgeimpedans, selv det tomme rum (lys er en elektromagnetisk bølge og kan bevæge sig i rummet) har en impedans på ca. 377 Ω {\displaystyle \Omega } .
Et signal reflekteres delvist tilbage, hvor impedansen ændres.
En vekselstrømsforsyning, der anvender en spænding V {\displaystyle \scriptstyle \scriptstyle V} 
, over en impedans Z {\displaystyle \scriptstyle Z} 
, der driver en strøm I {\displaystyle \scriptstyle I}
.
En grafisk fremstilling af det komplekse impedansplan
Fase
Over en modstand går både spændingen og strømmen op og ned på samme tid, og man siger, at de er i fase, men med en impedans er det anderledes, spændingen er forskudt med 1/4 bølgelængde bagud i forhold til strømmen i en kondensator og fremad i en induktor.
En 1/4 bølgelængde repræsenteres normalt med det imaginære tal "j", som også svarer til en 90 graders forskydning.
Brugen af det imaginære tal "j" gør matematikken meget enklere, da det gør det muligt at beregne den samlede impedans på samme måde som med modstande, f.eks. er en modstand plus en impedans i serie R+Z, og i parallel er det (R*Z)/(R+Z).
Over en kondensator (øverst) ændres spændingen (rød) efter strømmen (blå), over en induktor (nederst) ændres den før. Faseforskellen mellem spændingen og strømmen er 1/4 bølgelængde.
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er elektrisk impedans?
A: Elektrisk impedans er den modstand, som et kredsløb yder mod strøm- eller spændingsændringer.
Spørgsmål: Hvordan kan elektrisk impedans skrives?
A: Elektrisk impedans kan skrives med modstanden "R" (real del) og reaktansen "X" (imaginær del) samt med en størrelse, fase, størrelse og vinkel.
Spørgsmål: Hvad er forskellen mellem modstand og impedans?
A: Den vigtigste forskel mellem modstand og impedans er ordet "ændring"; med andre ord påvirker ændringshastigheden impedansen. Modstand modstår enhver strøm, der går igennem den, mens en induktor modstår ændringer i strømmen og en kondensator modstår ændringer i spændingen.
Sp: Hvilke formler er der forbundet med modstand og impedans?
A: For modstand er V=R*I, hvor V er spænding, R er modstand og I er strøm; for induktorer er Z=j2πfL; for kondensatorer er Z=1/j2πfC; hvor Z repræsenterer impedans, j repræsenterer det imaginære tal -1 , π repræsenterer konstant pi, f repræsenterer frekvens, L repræsenterer induktans, C repræsenterer kapacitet.
Sp: Hvad er nogle fysiske forklaringer på modstand vs. impedans?
A: Modstand skyldes, at elektroner støder sammen med atomer i modstande, mens en induktors impedans skyldes, at der skabes et elektrisk felt, og en kondensators impedans skyldes, at der skabes et magnetfelt. Desuden afgiver modstande energi, mens induktorer og kondensatorer lagrer energi, som kan returneres til kilden, når den går ned.
Spørgsmål: Hvordan beregner man refleksionskoefficienten?
A: Refleksionskoefficienten kan beregnes ved hjælp af Γ=(ZL-ZS)/(ZL+ZS), hvor Γ (hovedbogstav gamma) står for refleksionskoefficienten; ZS står for kildens impedans; ZL står for belastningens impedans.
