Was ist eine elektrische Impedanz?
Die elektrische Impedanz, oft einfach Impedanz genannt, beschreibt, wie leicht Strom durch einen Wechselstromkreis fließt. Es beschreibt den Gesamtbetrag des Widerstandes, den ein Stromkreis dem Strom entgegensetzt. In einem Gleichstromkreis werden mit dem Widerstand die gleichen Eigenschaften beschrieben, in einem Wechselstromsystem spielen jedoch zusätzliche Faktoren eine Rolle. Die elektrische Impedanz ist aufgrund der zyklischen Natur eines Wechselstromkreises sowohl eine Funktion des Widerstands als auch der Reaktanz.
Im Allgemeinen wird der Widerstand der Schaltung durch die Anzahl der freien Elektronen bestimmt, die in den Leitern verfügbar sind, um elektrischen Strom zu transportieren. Ein Kupferdraht mit großem Durchmesser hat beispielsweise mehr freie Elektronen als ein Kupferdraht mit kleinerem Durchmesser und weist einen geringeren Widerstand auf. Die Art des für den Leiter verwendeten Metalls spielt ebenfalls eine Rolle, da ein weniger leitfähiges Metall weniger freie Elektronen aufweist und einen höheren Widerstand gegen den Strom bietet.
Die zweite Komponente der elektrischen Impedanz, die Reaktanz, beruht auf dem Wechselstrom. Ein typischer elektrischer Haushaltsstrom kehrt die Richtung 60 Mal pro Sekunde oder mit einer Rate von 60 Hertz um. Jeder Zyklus bewirkt eine zusätzliche elektrische und magnetische Gegenwirkung gegen den Strom. Diese Opposition nennt man Reaktanz.
Die Maßeinheit für die elektrische Impedanz ist wie der Widerstand der Ohm. Die Impedanz wird normalerweise als Differenz der Spannungspotentiale in einem Stromkreis ausgedrückt, geteilt durch die maximale Strommenge, die durch den Stromkreis fließt. Der einfachste Ausdruck der elektrischen Impedanz ist in der mathematischen Gleichung Z = V / I gezeigt, in der Z die Impedanz darstellt, V die Spannung und I den Strom darstellt.
Elektrische Messungen eignen sich nicht nur für Kupferdrähte und Leiterplatten. Der menschliche Körper besitzt auch eine bestimmte Menge an Leitfähigkeit, Widerstand und sogar Impedanz. Tatsächlich verwendet die medizinische Gemeinschaft seit Beginn des 20. Jahrhunderts die elektrische Impedanz als Diagnosewerkzeug. Medizinische Tests, die auf Impedanz beruhen, nutzen die Tatsache, dass verschiedene Gewebetypen unterschiedliche Impedanzgrößen besitzen.
Bildgebende Verfahren mit elektrischer Impedanz, wie beispielsweise die elektrische Impedanztomographie (EIT), werden seit vielen Jahren eingesetzt und sie verbessern sich ständig und werden immer beliebter. Da bösartiges Gewebe in der Regel eine geringere Impedanz aufweist als gesundes Gewebe, hat sich diese Art der Untersuchung bei der Früherkennung von Brustkrebs als vielversprechend erwiesen. Ein typischer EIT-Test besteht darin, Elektroden an dem zu testenden Körperteil anzubringen. An zwei oder mehr Elektroden wird ein schwacher elektrischer Strom angelegt, und die Spannungsunterschiede werden gemessen. Der Test kann mehrmals und über viele Elektrodenkombinationen wiederholt werden, um die genauesten Ergebnisse zu erzielen.