L´electricitat és una part essencial de la nostra vida quotidiana. Des d'encendre una llum fins a carregar els nostres dispositius electrònics, depenem del corrent elèctric per fer una àmplia varietat de tasques.
Tot i això, perquè l'electricitat flueixi de manera eficient i segura, és fonamental comprendre un concepte clau: la impedància elèctrica.
En aquest article, explicarem en detall què és la impedància en electricitat, com afecta els circuits elèctrics i per què és important al món modern.
Què és la impedància?
La impedància en electricitat es pot definir com la resistència dinàmica que un circuit elèctric presenta al corrent altern (CA). A diferència de la resistència elèctrica, que s'aplica a circuits de corrent continu (CC), la impedància és una mesura de l'oposició que ofereix un circuit a la fluctuació del corrent en un circuit de CA.
En altres paraules, és la resistència que varia amb la freqüència del corrent elèctric.
La impedància es representa generalment amb la lletra "Z" i es mesura en ohms (Ω), igual que la resistència elèctrica. Tot i això, a diferència de la resistència, que és constant en un circuit de CC, la impedància pot variar significativament amb la freqüència del corrent altern. Això és degut a la influència de components com inductàncies i capacitàncies en el circuit.
Components de la Impedància
La impedància d'un circuit elèctric es compon de tres components principals: resistència (R), inductància (L) i capacitància (c).
Cadascú d'aquests components contribueix de manera única a la impedància total del circuit.
Resistència (R)
Aquest component de la impedància és anàleg a la resistència elèctrica a circuits de CC. Representa l'oposició al flux de corrent elèctric a causa de la fricció que experimenta l'electricitat a mesura que passa a través de conductors i d'altres components del circuit.
Inductància (L)
La inductància fa referència a la capacitat d'un circuit per oposar-se a canvis en el corrent elèctric. Quan el corrent altern flueix a través d'una bobina, hi ha un camp magnètic que s'oposa als canvis en el corrent.
La inductància contribueix a la impedància augmentant amb la freqüència del corrent.
Capacitància (C)
La capacitància fa referència a la capacitat d'un circuit per emmagatzemar energia en un camp elèctric.
Quan el corrent altern flueix a través d'un condensador, aquest emmagatzema i allibera energia de manera cíclica. La capacitància també contribueix a la impedància i disminueix amb la freqüència del corrent.
Exemples d'impedància
Aquí us mostro alguns exemples d'impedància en diferents contextos i aplicacions:
Altaveus en un sistema d'àudio
Transmissió denergia elèctrica
En sistemes de transmissió denergia elèctrica dalta tensió, els cables i línies de transmissió tenen una impedància inherent que afecta leficiència de la transmissió. El càlcul de la impedància es fa servir per minimitzar les pèrdues d'energia en forma de calor i per optimitzar la transferència d'energia.
Antenes de ràdio i telecomunicacions
Les antenes utilitzades en sistemes de ràdio i comunicacions tenen una impedància característica que ha de coincidir amb la impedància dels dispositius de transmissió i de recepció. Això es fa per maximitzar la transferència de senyals de radiofreqüència i minimitzar les reflexions de senyal.
Circuits electrònics de radiofreqüència (RF)
A circuits de RF, la impedància és fonamental per al disseny d'amplificadors, filtres i línies de transmissió. Els components i circuits es dissenyen amb cura perquè la impedància coincideixi amb la d'altres components al sistema i perquè s'adapti als senyals de RF.
Filtres i circuits de supressió de soroll
En aplicacions on es cerca filtrar o suprimir soroll elèctric, com en equips d'àudio d'alta fidelitat, s'utilitzen circuits amb impedàncies específiques per assolir els efectes desitjats.
La impedància i la freqüència
Un aspecte clau de la impedància és la seva dependència de la freqüència del corrent altern. A mesura que la freqüència augmenta, la inductància generalment té un efecte més significatiu en la impedància, cosa que resulta en un augment en aquesta. D'altra banda, a mesura que la freqüència disminueix, la capacitància tendeix a tenir un efecte més pronunciat, cosa que disminueix la impedància.
Aquest fenomen és fonamental a l'electrònica de ràdio i comunicacions, on la impedància d'antenes i circuits de ràdio s'ha d'ajustar amb cura per maximitzar la transferència d'energia en una freqüència particular.
Càlcul de la impedància
Calcular la impedància dun circuit elèctric pot ser una tasca complexa a causa de la interacció dels components R, L i C.
Tot i això, en circuits simples, es pot calcular utilitzant la llei d'Ohm per a la impedància, que és similar a la llei d'Ohm per a la resistència elèctrica, però té en compte la impedància complexa:
On:
-
Z és la impedància total.
-
R és la resistència en ohms.
-
XL és la reactància inductiva en ohms.
-
XC és la reactància capacitiva en ohms.
La reactància inductiva (XL) i la reactància capacitiva (XC) són valors complexos que depenen de la freqüència del corrent altern.