Inom elektroteknik är impedans ett mått på i vilken utsträckning en krets motverkar flödet av el. Alla material har en viss grad av elektriskt motstånd, vilket gör att viss energi går förlorad som värme och minskar strömflödet. I fallet med likström (DC) är impedansen detsamma som motståndet och beror enbart på de material som kretsen är gjord av. För en växelström (AC) kan dock ytterligare två faktorer bidra till impedansen: kapacitans och induktans. Tillsammans är dessa kända som reaktans, vilket är ett mått på motstånd mot en förändring i ström som beror på dess frekvens och på komponenterna i kretsen.
Växelström ändrar ständigt riktning, och gör det vid en given frekvens, som mäts i Hertz (Hz), eller cykler per sekund. Normalt levereras elektricitet vid 50 eller 60 Hz, men detta kan ändras för specifika applikationer. Frekvensen kan visas som en våg på ett oscilloskop i termer av ström eller spänning, där avståndet från topp till topp representerar en komplett cykel. Graden av reaktans i en krets beror på frekvensen av AC-försörjningen. Mer specifikt minskar den kapacitiva reaktansen med ökande frekvens, medan den induktiva reaktansen ökar.
Kapacitiv reaktans
En kondensator är en enhet som kan lagra en elektrisk laddning och senare frigöra den. Den består vanligtvis av ett icke-ledande material, eller isolator, inklämt mellan två metallplattor. Som en del av en krets tillåter den en laddning att byggas upp i isolatorn och lagrar effektivt energi i ett elektriskt fält. När laddningen ökar minskar strömmen. Efter en viss tid kommer kondensatorn inte att kunna absorbera någon mer laddning och strömmen kommer att sjunka till noll, vid vilken tidpunkt den laddas ur, vilket ger ett flöde av elektroner i motsatt riktning.
Om AC-frekvensen däremot är hög kommer strömmen att ändra riktning på kortare tid än vad det tar för kondensatorn att ”fyllas”. Eftersom strömmen är på sitt maximum i början av en cykel, kommer en högfrekvent växelströmsförsörjning att vara praktiskt taget opåverkad av en kondensator. Däremot, om frekvensen är låg, kommer detta att ge tid för en viss laddning att byggas upp i kondensatorn, vilket orsakar en minskning av strömmen före nästa cykel. Kondensatorer används i många populära enheter och prylar, så kapacitiv reaktans är vanligtvis en viktig faktor för impedans.
Induktiv reaktans
Induktans är tendensen hos en föränderlig ström som flyter genom en tråd att inducera en motsatt ström i en närliggande ledare. Detta händer eftersom en föränderlig elektrisk ström producerar ett föränderligt magnetfält, vilket i sin tur får elektroner att flöda i alla ledande material inom dess räckvidd. När en tråd lindas in i en spole bildar den en induktor och kommer att inducera ett motsatt flöde av elektroner, eller elektromotorisk kraft (EMF) i sig själv. Spänningen för den inducerade EMF ökar med ändringshastigheten för matningsspänningen, så en ökning av AC-frekvensen kommer att öka den induktiva reaktansen. Liksom kondensatorer är induktorer vanliga komponenter.
Kondensatorer och induktorer i kombination
När båda enheterna finns i en krets beror effekterna inte bara på AC-frekvensen utan också på hur de är anslutna. Om en kondensator och en induktor är seriekopplade, stiger strömmen initialt med frekvensen, når ett maximum vid en viss punkt, känd som resonansfrekvensen, och sjunker därefter. Om de är parallellkopplade faller strömmen med stigande frekvens tills en punkt nås där ingen flyter. Bortom denna punkt stiger flödet igen.
Mått och enheter
Liksom resistans, reaktans och impedans mäts i ohm. I ekvationer representeras impedans normalt av symbolen Z och reaktans av X. Kapacitiv och induktiv reaktans representeras av XC respektive XL. På samma sätt som Ohms lag för resistans kan den totala impedansen uttryckas som Z=V/I, där Z ges i ohm; V är spänning, angiven i volt; och I är aktuell, angiven i ampere.