En génie électrique, l’impédance est une mesure de la mesure dans laquelle un circuit s’oppose au flux d’électricité. Tous les matériaux ont un certain degré de résistance électrique, ce qui entraîne une perte d’énergie sous forme de chaleur et réduit le flux de courant. Dans le cas du courant continu (CC), l’impédance est la même que la résistance et dépend uniquement des matériaux à partir desquels le circuit est constitué. Pour un courant alternatif (AC), cependant, deux facteurs supplémentaires peuvent contribuer à l’impédance : la capacité et l’inductance. Ensemble, ils sont connus sous le nom de réactance, qui est une mesure de l’opposition à un changement de courant qui dépend de sa fréquence et des composants du circuit.
Le courant alternatif change constamment de direction et le fait à une fréquence donnée, mesurée en Hertz (Hz), ou cycles par seconde. En règle générale, l’électricité est fournie à 50 ou 60 Hz, mais cela peut être modifié pour des applications spécifiques. La fréquence peut être affichée sous forme d’onde sur un oscilloscope en termes de courant ou de tension, la distance de crête à crête représentant un cycle complet. Le degré de réactance dans un circuit dépend de la fréquence de l’alimentation CA. Plus précisément, la réactance capacitive diminue avec l’augmentation de la fréquence, tandis que la réactance inductive augmente.
Réactance capacitive
Un condensateur est un appareil qui peut stocker une charge électrique et la libérer plus tard. Il est généralement constitué d’un matériau non conducteur, ou isolant, pris en sandwich entre deux plaques métalliques. Dans le cadre d’un circuit, il permet à une charge de s’accumuler dans l’isolant et stocke efficacement l’énergie dans un champ électrique. Au fur et à mesure que la charge augmente, le courant diminue. Après un certain temps, le condensateur sera incapable d’absorber plus de charge et le courant tombera à zéro, à quel point il se déchargera, produisant un flux d’électrons dans la direction opposée.
Si, cependant, la fréquence alternative est élevée, le courant changera de direction en moins de temps que le condensateur ne prend pour « se remplir ». Étant donné que le courant est à son maximum au début d’un cycle, une alimentation CA haute fréquence ne sera pratiquement pas affectée par un condensateur. En revanche, si la fréquence est basse, cela laissera le temps à une certaine charge de s’accumuler dans le condensateur, provoquant une réduction du courant avant le cycle suivant. Les condensateurs sont utilisés dans de nombreux appareils et gadgets populaires, et la réactance capacitive est donc généralement un facteur important de l’impédance.
Réactance inductive
L’inductance est la tendance d’un courant changeant circulant dans un fil à induire un courant opposé dans un conducteur voisin. Cela se produit parce qu’un courant électrique changeant produit un champ magnétique changeant, qui à son tour fait circuler des électrons dans tout matériau conducteur à sa portée. Lorsqu’un fil est enroulé en une bobine, il forme un inducteur et induira un flux opposé d’électrons, ou force électromotrice (CEM) en soi. La tension de la force électromotrice induite augmente avec le taux de variation de la tension d’alimentation, donc l’augmentation de la fréquence alternative augmentera la réactance inductive. Comme les condensateurs, les inductances sont des composants couramment utilisés.
Condensateurs et inducteurs en combinaison
Lorsque les deux appareils sont présents dans un circuit, les effets dépendent non seulement de la fréquence alternative, mais aussi de la façon dont ils sont câblés. Si un condensateur et une inductance sont connectés en série, le courant augmente initialement avec la fréquence, atteignant un maximum à un certain point, connu sous le nom de fréquence de résonance, et diminue ensuite. S’ils sont câblés en parallèle, le courant chute avec une fréquence croissante jusqu’à atteindre un point où aucun ne circule. Au-delà de ce point, le débit remonte.
Mesure et unités
Comme la résistance, la réactance et l’impédance sont mesurées en ohms. Dans les équations, l’impédance est normalement représentée par le symbole Z et la réactance par X. La réactance capacitive et inductive sont représentées par XC et XL, respectivement. De la même manière que la loi d’Ohm pour la résistance, l’impédance globale peut être exprimée sous la forme Z=V/I, où Z est donné en ohms ; V est la tension, donnée en volts ; et I est le courant, donné en ampères.