En ingeniería eléctrica, la impedancia es una medida de la medida en que un circuito se opone al flujo de electricidad. Todos los materiales tienen cierto grado de resistencia eléctrica, lo que hace que se pierda algo de energía en forma de calor y reduce el flujo de corriente. En el caso de la corriente continua (CC), la impedancia es la misma que la resistencia y depende únicamente de los materiales con los que está hecho el circuito. Sin embargo, para una corriente alterna (CA), dos factores adicionales pueden contribuir a la impedancia: capacitancia e inductancia. En conjunto, estos se conocen como reactancia, que es una medida de oposición a un cambio en la corriente que depende de su frecuencia y de los componentes del circuito.
La corriente alterna cambia constantemente de dirección y lo hace a una frecuencia determinada, que se mide en hercios (Hz) o ciclos por segundo. Normalmente, la electricidad se suministra a 50 o 60 Hz, pero esto se puede cambiar para aplicaciones específicas. La frecuencia se puede mostrar como una onda en un osciloscopio en términos de corriente o voltaje, y la distancia de cresta a cresta representa un ciclo completo. El grado de reactancia en un circuito depende de la frecuencia del suministro de CA. Más específicamente, la reactancia capacitiva disminuye al aumentar la frecuencia, mientras que la reactancia inductiva aumenta.
Reactancia capacitiva
Un condensador es un dispositivo que puede almacenar una carga eléctrica y luego liberarla. Por lo general, consiste en un material no conductor, o aislante, intercalado entre dos placas de metal. Como parte de un circuito, permite que se acumule una carga en el aislante y almacena energía de manera efectiva en un campo eléctrico. A medida que aumenta la carga, se reduce la corriente. Después de cierto tiempo, el capacitor no podrá absorber más carga y la corriente caerá a cero, momento en el que se descargará, produciendo un flujo de electrones en la dirección opuesta.
Sin embargo, si la frecuencia de CA es alta, la corriente cambiará de dirección en menos tiempo del que tarda el condensador en «llenarse». Dado que la corriente está en su máximo al comienzo de un ciclo, un suministro de CA de alta frecuencia prácticamente no se verá afectado por un condensador. Por el contrario, si la frecuencia es baja, esto permitirá que se acumule algo de carga en el condensador, lo que provocará una reducción de la corriente antes del siguiente ciclo. Los condensadores se utilizan en muchos dispositivos y dispositivos populares, por lo que la reactancia capacitiva suele ser un factor importante en la impedancia.
Reactancia inductiva
La inductancia es la tendencia de una corriente cambiante que fluye a través de un cable para inducir una corriente opuesta en un conductor cercano. Esto sucede porque una corriente eléctrica cambiante produce un campo magnético cambiante, que a su vez hace que los electrones fluyan en cualquier material conductor dentro de su rango. Cuando un cable se enrolla en una bobina, forma un inductor e inducirá un flujo opuesto de electrones, o fuerza electromotriz (EMF) en sí mismo. El voltaje del EMF inducido aumenta con la tasa de cambio del voltaje de suministro, por lo que aumentar la frecuencia de CA aumentará la reactancia inductiva. Al igual que los condensadores, los inductores son componentes de uso común.
Condensadores e inductores en combinación
Cuando ambos dispositivos están presentes en un circuito, los efectos dependen no solo de la frecuencia de CA, sino también de cómo están conectados. Si un condensador y un inductor están conectados en serie, la corriente inicialmente aumenta con la frecuencia, alcanzando un máximo en un cierto punto, conocido como frecuencia de resonancia, y luego cae. Si están cableados en paralelo, la corriente cae con una frecuencia creciente hasta que se alcanza un punto donde no fluye nada. Más allá de este punto, el flujo vuelve a subir.
Medida y Unidades
Al igual que la resistencia, la reactancia y la impedancia se miden en ohmios. En las ecuaciones, la impedancia se representa normalmente con el símbolo Z y la reactancia con X. La reactancia capacitiva e inductiva están representadas por XC y XL, respectivamente. De manera similar a la ley de Ohm para la resistencia, la impedancia general se puede expresar como Z = V / I, donde Z se expresa en ohmios; V es voltaje, expresado en voltios; y yo es actual, expresado en amperios.