Ηλεκτρική εμπέδηση

Εμπέδηση (ή σύνθετη αντίσταση) είναι ένα μέγεθος του ηλεκτρισμού που αναφέρεται σε κυκλώματα εναλλασσομένου ρεύματος. Η εμπέδηση επεκτείνει την έννοια της αντίστασης και σε κυκλώματα εναλλασσομένου ρεύματος όπου η τάση και η ένταση δεν είναι συμφασικά. Σε κυκλώματα συνεχούς ρεύματος ταυτίζεται με την αντίσταση. Η εμπέδηση συμβολίζεται συνήθως με το γράμμα Ζ και συχνά αναγράφεται σε μιγαδική αριθμητική μορφή. Η εμπέδηση μπορεί να είναι επαγωγική ή χωρητική και προκύπτει από την εν σειρά σύνδεση μίας ωμικής αντίστασης με ένα πηνίο ή ένα πυκνωτή αντίστοιχα. Ο όρος εμπέδηση επινοήθηκε από τον Oliver Heaviside το 1886.. Ο πρώτος που χρησιμοποίησε μιγαδική αναπαράσταση της εμπέδησης ήταν ο Arthur Kennelly το 1893. Σύμφωνα με το γενικευμένο νόμο του Ohm, η εμπέδηση ισούται με τον λόγο της τάσης προς την ένταση ηλεκτρικού ρεύματος για μία συγκεκριμένη συχνότητα εναλλασσόμενου ρεύματος όταν η τάση και η ένταση δίνονται σε μιγαδική μορφή. Η τιμή της εμπέδησης ενός κυκλώματος ενδέχεται να μεταβάλλεται με την μεταβολή της συχνότητας του ηλεκτρικού ρεύματος που το διαρρέει και συχνά παριστάνεται ως μιγαδική συνάρτηση της γωνιακής συχνότητας ρεύματος ω. Μονάδα μέτρησης της είναι το Ωμ, όπως και της ωμικής αντίστασης.

Μιγαδική απεικόνιση

Η εμπέδηση αναπαρίσταται ως μιγαδικός αριθμός είτε σε πολική είτε σε καρτεσιανή μορφή. Η πολική μορφή της εμπέδησης ενός κυκλώματος στο οποίο η διαφορά φάσης μεταξύ έντασης και τάσης είναι θ είναι:

${\tilde {Z}}=Ze^{j\theta }\quad$

Στην καρτεσιανή μορφή της εμπέδησης το πραγματικό μέρος αντιστοιχεί στην ωμική συνιστώσα της αντίστασης ενώ το φανταστικό μέρος αντιστοιχεί στην επαγωγική ή στην χωρητική συνιστώσα της αντίστασης.

${\tilde {Z}}=R+j\mathrm {X} \quad$

Εμπέδηση γνωστών κυκλωμάτων

Εμπέδηση ωμικής αντίστασης

Η εμπέδηση ενός κυκλώματος που περιέχει μόνο ωμική αντίσταση ισούται με την τιμή της ωμικής αντίστασης, δηλαδή

${\tilde {Z}}_{R}=R.$

Εμπέδηση πηνίου

Αν το κύκλωμα περιέχει μόνο ένα ιδανικό πηνίο και επομένως έχει μόνο επαγωγική αντίσταση η εμπέδηση αυτού του κυκλώματος δίνεται από την παρακάτω σχέση.

${\tilde {Z}}_{L}=j\omega L,$

Ή, σε πολικές συντεταγμένες χρησιμοποιώντας τον τύπο του Euler:

${\tilde {Z}}_{L}=\omega Le^{j{\frac {\pi }{2}}},$

Εμπέδηση πυκνωτή

Αν το κύκλωμα περιέχει μόνο πυκνωτή και επομένως έχει μόνο χωρητική αντίσταση η εμπέδηση αυτού του κυκλώματος δίνεται από την παρακάτω σχέση.

${\tilde {Z}}_{C}={\frac {1}{j\omega C}}\,.$

Ή, σε πολικές συντεταγμένες χρησιμοποιώντας τον τύπο του Euler:

${\tilde {Z}}_{C}={\frac {1}{\omega C}}e^{j(-{\frac {\pi }{2}})}.$

Εμπέδηση κυκλώματος RLC

Στο κύκλωμα RLC σε σειρά το μέτρο της εμπέδησης δίνεται από την σχέση:

$Z={\sqrt {R^{2}+\left(\omega L-{\frac {1}{\omega C}}\right)^{2}}}$

Όπου ωL είναι η επαγωγική αντίσταση και 1/ωC η χωρητική.

Αυτό προκύπτει προσθέτοντας τις επί μέρους εμπεδήσεις ωμικής αντίστασης, πυκνωτή, και πηνίου και στη συνέχεια λαμβάνοντας το μιγαδικό μέτρο.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• Περιγραφή της εμπέδησης (κείμενο στα αγγλικά)