Die elektrische Impedanz, oft einfach als Impedanz bezeichnet, ist ein Maß, das verwendet wird, um zu beschreiben, wie leicht Elektrizität durch einen Wechselstromkreis (AC) fließt. Es beschreibt den Gesamtbetrag des Widerstands, den eine Schaltung dem Strom bietet. In einem Gleichstromkreis (DC) wird der Widerstand verwendet, um die gleichen Eigenschaften zu beschreiben, aber in einem Wechselstromsystem kommen zusätzliche Faktoren ins Spiel. Die elektrische Impedanz ist aufgrund der zyklischen Natur eines Wechselstromkreises eine Funktion sowohl des Widerstands als auch der Reaktanz.
Im Allgemeinen wird der Widerstand des Stromkreises durch die Anzahl der freien Elektronen bestimmt, die in den Leitern zur Verfügung stehen, um elektrischen Strom zu übertragen. Ein Kupferdraht mit großem Durchmesser hat beispielsweise mehr freie Elektronen als ein Kupferdraht mit kleinerem Durchmesser und weist einen geringeren Widerstand auf. Auch die Metallart des Leiters spielt eine Rolle, denn ein weniger leitfähiges Metall hat weniger freie Elektronen und bietet dem Strom einen höheren Widerstand.
Die zweite Komponente der elektrischen Impedanz, die Reaktanz, ist auf die Zyklen eines elektrischen Wechselstroms zurückzuführen. Ein typischer elektrischer Haushaltsstrom ändert die Richtung 60 Mal pro Sekunde oder mit einer Geschwindigkeit von 60 Hertz. Jeder Zyklus verursacht einen zusätzlichen elektrischen und magnetischen Widerstand gegen den Strom. Diese Opposition wird Reaktanz genannt.
Die Maßeinheit für die elektrische Impedanz ist wie der Widerstand Ohm. Die Impedanz wird normalerweise als Differenz der potentiellen Spannung über einem Stromkreis ausgedrückt, geteilt durch die maximale Strommenge, die durch den Stromkreis fließt. Der einfachste Ausdruck der elektrischen Impedanz wird in der mathematischen Gleichung Z = V/I gezeigt, wobei Z die Impedanz darstellt, V die Spannung ist und I den Strom darstellt.
Elektrische Messungen sind nicht nur für Kupferdrähte und Leiterplatten nützlich. Der menschliche Körper besitzt auch ein gewisses Maß an Leitfähigkeit, Widerstand und sogar Impedanz. Tatsächlich verwendet die medizinische Gemeinschaft seit den frühen 1900er Jahren die elektrische Impedanz als Diagnosewerkzeug. Medizinische Tests, die auf der Impedanz beruhen, machen sich die Tatsache zunutze, dass verschiedene Gewebearten unterschiedliche Impedanzwerte aufweisen.
Bildgebungsverfahren mit elektrischer Impedanz, wie z. B. die elektrische Impedanztomographie (EIT), werden seit vielen Jahren verwendet, und sie haben sich kontinuierlich verbessert und an Popularität gewonnen. Da bösartiges Gewebe typischerweise eine niedrigere Impedanz aufweist als gesundes Gewebe, hat sich dieser Testtyp bei der Früherkennung von Brustkrebs als vielversprechend erwiesen. Ein typischer EIT-Test beinhaltet das Anbringen von Elektroden an dem zu testenden Körperteil. An zwei oder mehr Elektroden wird ein schwacher elektrischer Strom angelegt und die Spannungsunterschiede gemessen. Der Test kann mehrmals und über viele Elektrodenkombinationen wiederholt werden, um die genauesten Ergebnisse zu erzielen.