امپدانس الکتریکی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو
ارائه گرافیکی تراز امپدانس مختلط

امپدانس الکتریکی مقدار مقاومتی است که تحت یک اختلاف پتانسیل در برابر جریان الکتریکی ظاهر می‌شود. مقدار امپدانس یک عدد حقیقی یا مختلط است که بنابر قانون اهم از نسبت ولتاژ به جریان به دست می‌آید. امپدانس با نماد نمایش داده می‌شود.

در مداری که تحت ولتاژ و جریان متناوب قرار دارد، مقادیر ولتاژ و جریان تحت تبدیل فازبردار به صورت مختلط نمایش داده می‌شوند و در نتیجه امپدانس، عددی مختلط خواهد بود. بنابراین در یک مدار با ولتاژهای مستقیم، امپدانس عددی حقیقی خواهد بود.

قانون اُهم[ویرایش]

بر طبق این قانون هرگاه دمای یک جسم (مثلا یک رسانا) ثابت باشد نسبت اختلاف پتانسیل دو سر جسم به شدت جریانی که از ان عبور می‌کند مقدار ثابتی است که این نسبت را مقاومت الکتریک جسم می‌نامیم و از رابطهٔ R=V/I تبعیت می‌کند که در ان V یا ولتاژ برحسب ولت و I یا جریان بر حسب آمپر و R بر حسب اهم است. تقریباً تمام مقاومت‌های خطی از رابطهٔ بالا پیروی می‌کنند.

جریان و ولتاژ مرکب[ویرایش]

امپدانس در یک مدار می‌تواند با یک مقاومت یا یک جعبه برچسب دار نشان داده شود

مثالی از راه حلی خلاقانه[ویرایش]

گوشه‌های فاز در این معادلات برای امپدانس القاگرها و خازن‌ها نشان می‌دهد که ولتاژ در خازن، جریان را با اختلاف فاز پس می‌زند در حالی که ولتاژ در یک القاگر، جریان را به اندازه به جلو می‌راند. از آنجا که دامنه نوسان ولتاژ و جریان باهم برابرند لذا می‌توان گفت که بزرگی امپدانس برابر با یک است

مقاومت و رآکتانس[ویرایش]

مقاومت رسانا[ویرایش]

معمولاً مواد را از جنبهٔ رسانایی به سه دسته کلی ۱-مواد رسانا :موادی که حرارت و جریان الکتریکی را به خوبی از خود عبور می‌دهند مانند فلزاتی از قبیل (طلا، مس، آهن و...) رسانایی این مواد تحت تأثیر دما دستخوش تغییراتی می‌شود و با بالا رفتن دما مقاومت آن‌ها زیاد می‌شود و با پایین آمدن دما مقاومت‌های آن‌ها نیز پایین می اید که حتی در دماهای خیلی پایین حالت ابر رسانا نیز رخ می‌دهد. معمولاً در دمای ثابت مقاومت را با توجه به سطح (مساحت) مقطع جسم، طول جسم و خصوصیات فیزیکی جسم (جنس جسم و....) و از ربطه R=ρ(L/A)اندازه‌گیری می‌کنند که در ان R یا مقاومت بر حسب اهم، L یا طول رسانا برحسب متر و A مساحت سطح مقطع بر حسب متر -مربع می‌باشد و ρ نیز رسانایی ویژه رسانا می‌باشد که به خصوصیات ذاتی ماده بر می‌گردد و در آزمایشگاه اندازه‌گیری می‌شود. لازم به توضیح بسیار مهم است که مقاومت به اختلاف پتانسیل و جریان عبوری وابسته نیست بلکه جنس و شکل ماده بستگی دارد که از رابطه بالا همین نتیجه قابل استنباط می‌باشد.

۲- مواد نیمه رسانا: این دسته از مواد دارای هدایت الکتریکی کمتری بوده ولی ویژگی مطرح آن قابل کنترل بودن هدایت آن است. مواد نیمه رسانا مانند سیلیسیوم (سیلیکن) و ژرمانیوم را می‌توان نام برد. تغییرات رسانایی مواد نیمه رسانا تابع عواملی چون تحریک نوری و تغییرات دما و خلوص آتها است چراکه مواد نیمه رسانا رسانایی جالبی ندارند ولی بعد از افزایش مقداری ناخالصی رسانایی آن‌ها بشدت افزایش می‌یابد از مواد نیمه رسانا در ساختمان دیودها استفاده می‌شود.

۳- مواد عایق که از نظر هدایت الکتریکی در ولتاژهای پایین بهره مناسبی ندارند.

رآکتانس[ویرایش]

خازن و سلف در هنگام عبور جریان از آن‌ها دارای مقادیری مقاومت موهومی می‌شوند که به آن‌ها راکتانس می‌گویند و معمولاً آن را با X نشان می‌دهند

راکتانس ظرفیتی (رآکتانس خازنی[ویرایش]

راکتانس القایی[ویرایش]

ترکیب امپدانس‌ها[ویرایش]

امپدانس خازن از رابطهٔ jXc- بدست می آید که در ان Xc=۱/ωc است و به آن راکتانس خازن می‌گویند. در حالت کلی امپدانس خازن از رابطهٔ Z=-j/ωc محاسبه می‌گردد، ω=۲πf و f فرکانس و ω فرکانس زاویه‌ای است. در برخورد با امپدانس‌ مانند مقاومت‌ رفتار می‌کنیم. .

امپدانس سلف نیز از رابطهٔ Z=jXl محاسبه می‌گردد که Xl=ωL و در نتیجه Z=jωl است. با توجه به ω=۲πf و رابطهٔ Z=-j/ωc در خازن و Z=jωL در سلف نتیجه می‌شود که در فرکانسهای زیاد، امپدانس سلف زیاد است (سلف مانند مدار باز عمل می کند) و امپدانس خازن به سمت صفر میل می‌کند (خازن مانند اتصال کوتاه عمل می کند). در فرکانس های کم این موضوع برعکس می شود.

ترکیب سری[ویرایش]

واحد امپدانس الکتریکی اهم است و می‌توان با آن مانند یک مقاومت برخورد کرد. یعنی در اتصال (ترکیب) سری، امپدانس‌ها با هم جمع می شوند؛ Z=Z۱+Z۲+Z۳+...Zn.

مثال: امپدانس کل دو امپدانس سری که اولی Z۱=۶+j۸ و دومی Z۲=۳+j۴ است برابر می شود با Z=۹+j۱۲

Impedances in series.svg

ترکیب موازی[ویرایش]

Impedances in parallel.svg


در این حالت، امپدانس کل برابر است با معکوس مجموع راکتانس ها (به معکوس امپدانس، راکتانس گفته می شود).

منابع[ویرایش]

جستارهای وابسته[ویرایش]

پیوند به بیرون[ویرایش]