Impedenza

L'impedenza, in elettrotecnica, è una grandezza fisica che rappresenta l'opposizione di un circuito al passaggio di una corrente elettrica alternata, o, più in generale, di una corrente variabile. È esprimibile come numero complesso ed è data dal rapporto tra tensione e corrente. Se i fasori sono definiti su bipoli diversi (o su porte diverse di un n-porta) viene solitamente chiamata transimpedenza. Comunemente l'impedenza è indicata con $Z$ e la sua unità di misura è l'ohm.

Definizione

Il concetto di impedenza generalizza la legge di Ohm estendendola ai circuiti funzionanti in regime sinusoidale (comunemente detta corrente alternata): in regime di corrente continua rappresenta infatti la resistenza elettrica.

Le impedenze in un circuito si possono indicare sia come "scatole" rettangolari, sia come serpentine (in modo analogo ai resistori).

Essa tiene conto dei fenomeni di consumo di energia elettrica e dei fenomeni di accumulo di energia elettromagnetica. L'impedenza è descritta matematicamente da un numero complesso, la cui parte reale rappresenta il fenomeno dissipativo e corrisponde alla resistenza elettrica, R, nella schematizzazione con elementi in serie; la parte immaginaria, detta reattanza, X, è associata ai fenomeni energetici di accumulo.

Indicando con V e I i numeri complessi che rappresentano i fasori di tensione e corrente, l'impedenza è esprimibile come:

${\frac {\mathbf {V} }{\mathbf {I} }}=\mathbf {Z} =R+jX$

dove con j si è indicata l'unità immaginaria. Il modulo dell'impedenza corrisponde alla radice quadrata della somma del quadrato della resistenza e del quadrato della reattanza:

$|\mathbf {Z} |={\sqrt {R^{2}+X^{2}}}$

Il suo argomento è:

$\theta =\arctan \left({\frac {X}{R}}\right)$

In notazione polare, o esponenziale, l'impedenza si rappresenta come:

$\mathbf {Z} =|\mathbf {Z} |e^{i\theta }$

Il reciproco dell'impedenza è detto ammettenza:

$\mathbf {Y} ={\frac {1}{\mathbf {Z} }}$.

Esistono circuiti, ovviamente non passivi, in grado di cambiare segno sia alla parte reale che alla parte immaginaria di una qualsiasi impedenza passiva. Questi componenti (che possono essere schematizzati come doppi bipoli) sono comunemente detti NIC (da negative impedance converter).

Impedenza per componente

Impedenza di un resistore

L'impedenza di un resistore non dipende dalla frequenza e il fasore ha parte immaginaria nulla. Si può direttamente esprimere il valore della sua resistenza senza alcuna variazione.

$\mathbf {Z} _{R}=R+j0$

Impedenza di un condensatore

L'impedenza di un condensatore è puramente immaginaria e inversamente proporzionale al valore della frequenza.

$\mathbf {Z} _{C}=0-j{\frac {1}{\omega C}}$

Impedenza di un induttore

L'impedenza di un induttore è puramente immaginaria e direttamente proporzionale al valore della frequenza.

$\mathbf {Z} _{L}=0+j\omega L$

Impedenza in serie e parallelo

Impedenze in serie

Se poniamo N impedenze in serie abbiamo:

$\mathbf {Z} _{s}=\sum _{i=1}^{N}\mathbf {Z} _{i}$

In parallelo:

Impedenze in parallelo

${\frac {1}{\mathbf {Z} _{p}}}=\sum _{i=1}^{N}{\frac {1}{\mathbf {Z} _{i}}}$

Impedenza caratteristica del vuoto

L'impedenza caratteristica del vuoto, $Z_{0}$ è una costante universale definita come:

$Z_{0}={\sqrt {\mu _{0} \over \varepsilon _{0}}}$

dove

• $\mu _{0}$ è la permeabilità magnetica del vuoto
• $\varepsilon _{0}$ è la permittività elettrica del vuoto

Nelle unità del Sistema Internazionale si ha:$Z_{0}=376{,}730313461\,\Omega$

La propagazione di un'onda elettromagnetica nel vuoto avviene con impedenza pari a questa costante.

Voci correlate

• Analizzatore di impedenza
• Ammettenza
• Bioimpedenziometria
• Conduttanza
• Filtro attivo
• Resistenza elettrica
• Reattanza
• Suscettanza

Altri progetti

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Collegamenti esterni

• impedenza, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
• (EN) Impedenza, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
• Circuiti RLC serie: Bipoli RLC serie. Reattanza, impedenza, risonanza di tensione
• Circuiti RLC parallelo: Bipoli RLC parallelo. Ammettenza, risonanza di corrente
• Impedenze e Circuiti - ElectroYou.it