阻抗(impedance)
在具有电阻、电感和电容的电路里,对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示。阻抗由电阻、感抗和容抗三者组成,但不是三者简单相加。阻抗的单位是欧。在直流电中,物体对电流阻碍的作用叫做电阻,世界上所有的物质都有电阻,只是电阻值的大小差异而已。电阻很小的物质称作良导体,如金属等;电阻极大的物质称作绝缘体,如木头和塑料等。还有一种介于两者之间的导体叫做半导体,而超导体则是一种电阻值几近于零的物质。但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电流以外,电容及电感也会阻碍电流的流动,这种作用就称之为电抗,意即抵抗电流的作用。电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗,简称容抗及感抗。它们的计量单位与电阻一样是欧姆,而其值的大小则和交流电的频率有关系,频率愈高则容抗愈小感抗愈大,频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题,具有向量上的关系式,因此才会说:阻抗是电阻与电抗在向量上的和。对于一个具体电路,阻抗不是不变的,而是随着频率变化而变化。在电阻、电感和电容串联电路中,电路的阻抗一般来说比电阻大。也就是阻抗减小到最小值。在电感和电容并联电路中,谐振的时候阻抗增加到最大值,这和串联电路相反。
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(1)定义或解释
当电压和电流按正弦规律变化时,具有电阻、电感、电容的电路对交流电所起的阻碍或抵抗作用的效果叫做阻抗,其数值等于电路两端的电压有效值和输入电流有效值的比值,即Z=U/I。
(2)单位
阻抗的单位是欧姆。
(3)说明
由于各类元件接法不同,所形成的阻抗也有所不同,如图所示,在串联电路中,电阻、感抗、容抗和阻抗之间的关系可用一个直角三角形表示(如图)。由于电感电压超前电流相位π/2,所以XL超前R相位π/2 (因为R和电流同相位)。由于电容的电压落后电流相位π/2,所以XC落后R相位π/2。因此得Z=根号[R2+(XL-XC)2];从图中又可知(阻抗三角形中)Z边和R边间的夹角φ就是这一段交流电路中电压和电流间的相位差φ.当R、L、C组成并联电路时,在并联电路中阻抗计算比较复杂,一般采取先求出电路的总电流再来求总阻抗。最简单并联电路的一般计算步骤如下:
a.由于每个并联支路的两端电压相同,利用交流电欧姆定律可计算出各支路的电流
b.从已知各支路的电流通过矢量和求出总电流。因为电感的电流是落后于电压相位等,电容的电流是超前电压相位告,所以取电阻电路的电流为基准(即对纯电阻而言电压与电流是同相的),则电感与电容的电流对于电阻电路的电流将落后与超前90°的相位。
c.用欧姆定律算出总阻抗Z=V/I总