Nell’ingegneria elettrica, l’impedenza è una misura della misura in cui un circuito si oppone al flusso di elettricità. Tutti i materiali hanno un certo grado di resistenza elettrica, che provoca la perdita di energia sotto forma di calore e riduce il flusso di corrente. Nel caso della corrente continua (DC), l’impedenza è uguale alla resistenza e dipende esclusivamente dai materiali di cui è composto il circuito. Per una corrente alternata (AC), tuttavia, due fattori aggiuntivi possono contribuire all’impedenza: capacità e induttanza. Insieme questi sono noti come reattanza, che è una misura di opposizione a un cambiamento di corrente che dipende dalla sua frequenza e dai componenti del circuito.
La corrente alternata cambia continuamente direzione e lo fa a una data frequenza, misurata in Hertz (Hz) o cicli al secondo. In genere, l’elettricità viene fornita a 50 o 60 Hz, ma può essere modificata per applicazioni specifiche. La frequenza può essere visualizzata come un’onda su un oscilloscopio in termini di corrente o tensione, con la distanza da cresta a cresta che rappresenta un ciclo completo. Il grado di reattanza in un circuito dipende dalla frequenza dell’alimentazione CA. Più specificamente, la reattanza capacitiva diminuisce con l’aumentare della frequenza, mentre la reattanza induttiva aumenta.
Reattanza capacitiva
Un condensatore è un dispositivo in grado di immagazzinare una carica elettrica e successivamente rilasciarla. Generalmente è costituito da un materiale non conduttore, o isolante, inserito tra due piastre metalliche. Come parte di un circuito, consente a una carica di accumularsi nell’isolante e immagazzina efficacemente energia in un campo elettrico. All’aumentare della carica, la corrente si riduce. Dopo un certo tempo, il condensatore non sarà in grado di assorbire più carica e la corrente scenderà a zero, a quel punto si scaricherà, producendo un flusso di elettroni nella direzione opposta.
Se, tuttavia, la frequenza CA è elevata, la corrente cambierà direzione in meno tempo di quanto il condensatore impiega per “riempirsi”. Poiché la corrente è al massimo all’inizio di un ciclo, un’alimentazione CA ad alta frequenza non sarà virtualmente influenzata da un condensatore. Al contrario, se la frequenza è bassa, ciò consentirà di accumulare una certa carica nel condensatore, causando una riduzione della corrente prima del ciclo successivo. I condensatori sono utilizzati in molti dispositivi e gadget popolari, quindi la reattanza capacitiva è solitamente un fattore importante nell’impedenza.
Reattanza induttiva
L’induttanza è la tendenza di una corrente variabile che scorre attraverso un filo per indurre una corrente opposta in un conduttore vicino. Ciò accade perché una corrente elettrica variabile produce un campo magnetico variabile, che a sua volta fa fluire gli elettroni in qualsiasi materiale conduttore all’interno del suo raggio d’azione. Quando un filo viene avvolto in una bobina, forma un induttore e indurrà un flusso opposto di elettroni, o forza elettromotrice (EMF) in sé. La tensione dell’EMF indotto aumenta con la velocità di variazione della tensione di alimentazione, quindi aumentando la frequenza CA aumenterà la reattanza induttiva. Come i condensatori, gli induttori sono componenti comunemente usati.
Condensatori e induttori in combinazione
Quando entrambi i dispositivi sono presenti in un circuito, gli effetti dipendono non solo dalla frequenza CA, ma anche da come sono cablati. Se un condensatore e un’induttanza sono collegati in serie, la corrente inizialmente aumenta con la frequenza, raggiungendo un massimo in un certo punto, noto come frequenza di risonanza, e successivamente diminuisce. Se sono collegati in parallelo, la corrente diminuisce con frequenza crescente fino a raggiungere un punto in cui non scorre nessuno. Oltre questo punto, il flusso sale di nuovo.
Misura e unità
Come la resistenza, la reattanza e l’impedenza sono misurate in ohm. Nelle equazioni, l’impedenza è normalmente rappresentata dal simbolo Z e la reattanza da X. La reattanza capacitiva e induttiva sono rappresentate rispettivamente da XC e XL. Analogamente alla legge di Ohm per la resistenza, l’impedenza complessiva può essere espressa come Z=V/I, dove Z è espresso in ohm; V è la tensione, espressa in volt; e I è attuale, espresso in ampere.