Impédance (électricité)

L'impédance électrique est la quantité d'opposition qu'un circuit présente à un changement de courant ou de tension.

Les deux principales façons d'écrire une impédance sont : (voir la 2ème figure, "plan d'impédance complexe")

  1. avec la résistance "R" (partie réelle) et la réactance "X" (partie imaginaire), par exemple Z = 1 + 1 j {\displaystyle Z=1+1j}{\displaystyle Z=1+1j}
  2. avec une magnitude et une phase (la taille | Z | {\displaystyle \left\vert Z\right\vert }{\displaystyle \left\vert Z\right\vert } et l'angle θ {\displaystyle \angle \theta }{\displaystyle \angle \theta } ), par exemple Z = 1,4 45 {\displaystyle Z=1,4\angle 45^{\circ}}{\displaystyle Z=1.4\angle 45^{\circ }} (1,4 ohm à 45 degrés)

L'impédance et la résistance sont assez similaires :

Dans le cas de la résistance, une résistance résiste à tout courant qui la traverse. Plus la résistance est élevée, plus la tension nécessaire pour obtenir un courant donné est élevée. La formule est la suivante :

V = R I {\displaystyle V=R*I}{\displaystyle V=R*I} , où V est la tension, R la résistance et I le courant.

Dans le cas de l'impédance, un inducteur résiste aux changements de courant et le condensateur aux changements de tension.

La différence essentielle entre la résistance et l'impédance est le mot "changement", le taux de changement affecte l'impédance. Habituellement, le "changement" est exprimé sous la forme d'une fréquence, le nombre de fois par seconde que le courant ou la tension changent de direction. Les formules sont les suivantes :

Pour l'inducteur : Z = j 2 π f L {\displaystyle Z=j2\pi fL\,}{\displaystyle Z=j2\pi fL\,}

Pour le condensateur : Z = 1 j 2 π f C {\displaystyle Z={\frac {1}{j2\pi fC}}}{\displaystyle Z={\frac {1}{j2\pi fC}}}

Où Z est le symbole de l'impédance, j est le nombre imaginaire - 1{\displaystyle {\sqrt {-1}}} π {\displaystyle \pi }{\displaystyle \pi } est la constante pi, f est la fréquence, L est l'inductance et C est la capacité. Les unités de la résistance et de l'impédance sont les mêmes, l'ohm avec le symbole Ω {\displaystyle \Omega }{\displaystyle \Omega } (oméga capital).

Comme l'indiquent les formules ci-dessus, l'impédance varie en fonction de la fréquence, par exemple, à zéro Hertz, ou DC, l'impédance de l'inducteur est nulle, comme un court-circuit, et l'impédance du condensateur est infinie, comme un circuit ouvert. La plupart des signaux sont la somme de nombreuses ondes sinusoïdales à différentes fréquences (voir la transformée de Fourier pour plus de détails), et chacun d'eux présente une impédance différente.

De même que pour la résistance, plus l'impédance est élevée, plus la tension nécessaire pour obtenir un courant donné est élevée. La formule est la suivante :

V = Z I {\displaystyle V=Z*I}{\displaystyle V=Z*I} , où V est le voltage, Z est l'impédance et I est le courant.

Sur le plan physique, en simplifiant beaucoup de choses :

  • la résistance est causée par les collisions des électrons avec les atomes à l'intérieur des résistances.
  • l'impédance dans un condensateur est causée par la création d'un champ électrique.
  • l'impédance dans un inducteur est causée par la création d'un champ magnétique.

Une différence importante entre la résistance et l'impédance est qu'une résistance dissipe l'énergie, elle devient chaude, mais un inducteur et un condensateur stockent l'énergie et peuvent renvoyer cette énergie à la source lorsqu'elle s'éteint.

Si l'impédance de la source, du câble et de la charge n'est pas la même, une fraction du signal est renvoyée à la source, ce qui gaspille de l'énergie et crée des interférences. Le rapport de la réflexion peut être calculé avec :

Γ = Z L - Z S Z L + Z S {\displaystyle \Gamma ={Z_{L}-Z_{S} \over Z_{L}+Z_{S}}}{\displaystyle \Gamma ={Z_{L}-Z_{S} \over Z_{L}+Z_{S}}} Γ {\displaystyle \Gamma }{\displaystyle \Gamma } (gamma majuscule) est le coefficient de réflexion, Z S {\displaystyle Z_{S}} est l'{\displaystyle Z_{S}}impédance de la source, Z L {\displaystyle Z_{L}} est l'{\displaystyle Z_{L}}impédance de la charge.

Tout support pouvant avoir une onde a une impédance d'onde, même l'espace vide (la lumière est une onde électromagnétique et elle peut voyager dans l'espace) a une impédance d'environ 377 Ω {\displaystyle \Omega }{\displaystyle \Omega } .


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