Alla domanda "cos'è l'impedenza", vorrei notare che l'impedenza è un concetto ampio di fisica in generale, di cui l'impedenza elettrica è solo un esempio.
Per capire cosa significa e come funziona, è spesso più semplice considerare l'impedenza meccanica. Pensa di provare a spingere (far scivolare) un divano pesante sul pavimento.
Applicate una certa quantità di forza e il divano scivola a una certa velocità, a seconda della forza che spingete, del peso del divano, del tipo di superficie del pavimento, del tipo di piedi che il divano ha e così via. Per questa situazione, è possibile definire un'impedenza meccanica che dia il rapporto tra la forza di spinta e la velocità del divano.
Questo è in realtà molto simile a un circuito elettrico cc, in cui si applica una certa quantità di tensione attraverso un circuito e la corrente scorre ad una certa velocità corrispondente attraverso di esso.
Nel caso del lettino e del circuito, la risposta al tuo input può essere semplice e abbastanza lineare: una resistenza che obbedisce alla Legge di Ohm, dove la sua impedenza elettrica è solo la resistenza, e il lettino può avere piedini di scorrimento che lo consentono muoversi con una velocità proporzionale alla tua forza. *
Anche i circuiti e i sistemi meccanici possono essere non lineari. Se il tuo circuito è costituito da una tensione variabile posizionata attraverso un resistore in serie con un diodo, la corrente sarà quasi zero fino a quando non superi la tensione diretta del diodo, a quel punto la corrente inizierà a fluire attraverso il resistore, in conformità con Ohm's legge. Allo stesso modo, un divano seduto sul pavimento di solito avrà un certo grado di attrito statico: non inizierà a muoversi fino a quando non spingerai con una certa forza iniziale. Né nel sistema meccanico né in quello elettrico esiste un'unica impedenza lineare che può essere definita. Piuttosto, il meglio che puoi fare è definire separatamente le impedenze in condizioni diverse. (Il mondo reale è molto più simile a questo.)
Anche quando le cose sono molto chiare e lineari, è importante notare che l'impedenza descrive solo un rapporto: non descrive i limiti del sistema e non è "cattivo". Puoi sicuramente ottenere tutta la corrente / velocità che desideri (in un sistema ideale) aggiungendo più tensione / spingendo più forte.
Anche i sistemi meccanici possono dare una buona sensazione di impedenza in ca. Immagina di andare in bicicletta. Ad ogni mezzo ciclo dei pedali, spingi a sinistra, spingi a destra. Puoi anche immaginare di pedalare con un solo piede e una clip per le dita dei piedi, in modo da spingere e tirare con ogni ciclo del pedale. È un po 'come applicare una tensione CA a un circuito: spingi e tiri a turno, ciclicamente, ad una certa frequenza.
Se la frequenza è abbastanza lenta, come quando sei fermo sulla bici, il problema di spingere i pedali è solo un problema "dc", come spingere il divano. Quando acceleri, però, le cose possono agire diversamente.
Ora, supponi di andare in bicicletta a una certa velocità e che la tua bici sia a tre velocità con rapporti di marcia bassi, medi e alti. Il medium è naturale, la marcia alta è difficile da applicare una forza sufficiente per fare la differenza, e a marcia bassa, basta girare i pedali senza trasferire energia alle ruote. Questa è una questione di adattamento dell'impedenza , in cui puoi trasferire efficacemente l'energia alle ruote solo quando presentano una certa resistenza fisica al tuo piede, non troppo, non troppo poco. Anche il corrispondente fenomeno elettrico è molto comune; hai bisogno di linee abbinate all'impedenza per trasmettere efficacemente la potenza RF dal punto A al punto B e ogni volta che colleghi due linee di trasmissione insieme, ci sarà una perdita nell'interfaccia.
La resistenza che i pedali forniscono ai tuoi piedi è proporzionale alla forza che premi, il che lo collega più da vicino a una semplice resistenza, in particolare alle basse velocità. Anche nei circuiti CA, un resistore si comporta come un resistore (fino a un certo punto).
Tuttavia, a differenza di una resistenza, l'impedenza di una bicicletta dipende dalla frequenza. Supponiamo di mettere la bici in marcia alta, partendo da una fermata. Iniziare può essere molto difficile. Ma una volta iniziato, l'impedenza presentata dai pedali diminuisce man mano che si procede più velocemente e, una volta che si procede molto velocemente, è possibile che i pedali presentino un'impedenza troppo bassa per assorbire la potenza dei piedi. Quindi c'è effettivamente un'impedenza dipendente dalla frequenza (una reattanza ) che inizia in alto e si abbassa man mano che ci si dirige verso una frequenza più alta.
Questo è molto simile al comportamento di un condensatore e un modello abbastanza buono per l'impedenza meccanica di una bicicletta sarebbe una resistenza in parallelo con un condensatore.
A cc (velocità zero), vedi solo la resistenza alta e costante come impedenza. All'aumentare della frequenza di pedalata, l'impedenza del condensatore diventa inferiore a quella del resistore e consente alla corrente di fluire in quel modo.
Esistono, naturalmente, vari altri componenti elettrici e le loro analogie meccaniche **, ma questa discussione dovrebbe darvi alcune intuizioni iniziali sul concetto generale di rimanere radicati (gioco di parole intenzionale) mentre imparate gli aspetti matematici di ciò che a volte può sembrare come un soggetto molto astratto.
* Una parola per i pignoli: la legge di Ohm non è mai esatta per un dispositivo reale, e le forze di attrito del mondo reale non danno mai velocità esattamente proporzionale alla forza. Tuttavia, "abbastanza lineare" è facile. Sto cercando di essere tutto educativo e roba qui. Tagliami un po 'di calma.
** Ad esempio, un induttore è qualcosa di simile a un rullo a molla sulla ruota che aggiunge resistenza quando si arriva a una frequenza più elevata)
