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과학

임피던스

임피던스과학
영어
Impedance
단위
옴 Ω
복소수 표현
Z=R+jX
직렬 RLC 크기
|Z|=√(R²+(ωL−1/(ωC))²)
임피던스는 정현파 정상 상태에서 전압과 전류의 진폭 비와 위상 차를 함께 표현하는 양이다. 복소수 표기에서는 Z=Ṽ/Ĩ로 정의하며, 실수 성분인 저항과 허수 성분인 리액턴스를 합쳐 다룬다.

저항으로만 부족한 설명

저항만 있는 회로에서는 전압과 전류가 같은 위상이다. 인덕터와 축전기가 있으면 전류와 전압의 봉우리가 나타나는 시간이 달라진다. 임피던스는 얼마나 흐르는지뿐 아니라 이 위상 관계를 포함해 회로를 설명한다.

직렬 회로의 합

e^(jωt) 규약에서 인덕터의 임피던스는 jωL이고 축전기는 1/(jωC)다. 직렬 RLC 회로에서는 이를 더해 Z=R+j(ωL−1/(ωC))를 얻는다. 여기서 j²=−1이고 ω는 각진동수다. 보통 진동수 f를 쓸 때에는 ω=2πf를 먼저 적용한다.

크기와 위상

R=6 Ω이고 전체 리액턴스가 8 Ω이면 |Z|=10 Ω이다. 전압 실효값이 20 V라면 전류 실효값은 2 A다. 전압과 전류 중 한쪽에만 최댓값을 넣으면 계산 기준이 섞인다. 리액턴스의 부호는 전류가 전압보다 앞서는지 뒤지는지와도 연결된다.

주파수에 따른 변화

인덕터와 축전기의 리액턴스는 주파수에 따라 달라진다. 이상적인 직렬 RLC 회로에서 ωL=1/(ωC)이면 허수 성분이 상쇄되어 전체 임피던스는 R이 된다. 이는 두 부품의 개별 전압이나 저장 에너지가 항상 0이라는 뜻이 아니다.

관련 문서

RLC 회로 / LC 회로 / RL 회로 / 복소수 / 전기 저항 / 전기용량 / 자기 인덕턴스 / 교류