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")
- avec la résistance "R" (partie réelle) et la réactance "X" (partie imaginaire), par exemple Z = 1 + 1 j {\displaystyle Z=1+1j}
- avec une magnitude et une phase (la taille | Z | {\displaystyle \left\vert Z\right\vert }
et l'angle ∠ θ {\displaystyle \angle \theta }
), par exemple Z = 1,4 ∠ 45 ∘ {\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}
, 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\,}
Pour le condensateur : Z = 1 j 2 π f C {\displaystyle Z={\frac {1}{j2\pi fC}}}
Où Z est le symbole de l'impédance, j est le nombre imaginaire - 1
π {\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 }
(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}
, 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}}}
où Γ {\displaystyle \Gamma }
(gamma majuscule) est le coefficient de réflexion, Z S {\displaystyle Z_{S}} est l'
impédance de la source, Z L {\displaystyle Z_{L}} est 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 } .
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce que l'impédance électrique ?
R : L'impédance électrique est la quantité d'opposition qu'un circuit présente au changement de courant ou de tension.
Q : Comment peut-on écrire l'impédance électrique ?
R : L'impédance électrique peut être écrite avec la résistance "R" (partie réelle) et la réactance "X" (partie imaginaire), ainsi qu'avec une magnitude, une phase, une taille et un angle.
Q : Quelle est la différence entre la résistance et l'impédance ?
R : La principale différence entre la résistance et l'impédance est le mot "changement" ; en d'autres termes, le taux de changement affecte l'impédance. La résistance résiste à tout courant qui la traverse, tandis qu'une inductance résiste aux changements du courant et qu'un condensateur résiste aux changements de la tension.
Q : Quelles sont les formules associées à la résistance et à l'impédance ?
R : Pour la résistance, V=R*I où V est la tension, R la résistance et I le courant ; pour les inductances Z=j2πfL ; pour les condensateurs Z=1/j2πfC ; où Z représente l'impédance, j représente le nombre imaginaire -1 , π représente la constante pi, f représente la fréquence, L représente l'inductance, C représente la capacité.
Q : Quelles sont les explications physiques de la résistance par rapport à l'impédance ?
R : La résistance est causée par les électrons qui entrent en collision avec les atomes à l'intérieur des résistances, tandis que l'impédance d'une inductance provient de la création d'un champ électrique et celle d'un condensateur provient de la création d'un champ magnétique. En outre, les résistances dissipent de l'énergie tandis que les inductances et les condensateurs stockent de l'énergie qui peut ensuite être renvoyée à la source en cas de panne.
Q : Comment calculer le coefficient de réflexion ?
R : Le coefficient de réflexion peut être calculé en utilisant Γ=(ZL-ZS)/(ZL+ZS) où Γ (gamma majuscule) représente le coefficient de réflexion ; ZS représente l'impédance de la source ; ZL représente l'impédance de la charge.
