Was ist eine elektrische Impedanz?

Die elektrische Impedanz, oft einfach Impedanz genannt, ist ein Maß, das die Leichtigkeit beschreibt, mit der Elektrizität durch einen Wechselstromkreis (AC) fließt. Beschreibt den Gesamtwiderstand, den ein Stromkreis dem Strom entgegensetzt. In einem Gleichstromkreis (DC) wird der Widerstand zur Beschreibung derselben Eigenschaften verwendet, in einem Wechselstromsystem kommen jedoch zusätzliche Faktoren ins Spiel. Aufgrund der zyklischen Natur eines Wechselstromkreises ist die elektrische Impedanz eine Funktion sowohl des Widerstands als auch der Reaktanz.

Im Allgemeinen wird der Widerstand des Stromkreises durch die Anzahl der freien Elektronen bestimmt, die in den Leitern zum Transport von elektrischem Strom verfügbar sind. Ein Kupferdraht mit großem Durchmesser hat beispielsweise mehr freie Elektronen als ein Kupferdraht mit kleinerem Durchmesser und weist einen geringeren Widerstand auf. Auch die Art des Leitermetalls spielt eine Rolle, denn ein weniger leitfähiges Metall hat weniger freie Elektronen und bietet einen höheren Stromwiderstand.

Die zweite Komponente der elektrischen Impedanz, die Reaktanz, entsteht durch den Wechselstrom. Ein typischer elektrischer Strom im Haushalt ändert die Richtung 60 Mal pro Sekunde, also mit einer Geschwindigkeit von 60 Hertz. Jeder Zyklus verursacht zusätzlichen elektrischen und magnetischen Widerstand gegen den Strom. Diesen Widerstand nennt man Reaktanz.

Wie beim Widerstand ist auch die Maßeinheit für die elektrische Impedanz Ohm. Die Impedanz wird normalerweise als potenzielle Spannungsdifferenz über einem Stromkreis geteilt durch die maximale Strommenge ausgedrückt, die durch den Stromkreis fließt. Der einfachste Ausdruck für die elektrische Impedanz wird in der mathematischen Gleichung Z = V / I dargestellt, wobei Z für die Impedanz, V für die Spannung und I für den Strom steht.

Elektrische Messungen sind nicht nur für Kupferdrähte und Leiterplatten nützlich. Der menschliche Körper verfügt auch über ein gewisses Maß an Leitfähigkeit, Widerstand und sogar Impedanz. Tatsächlich nutzt die medizinische Gemeinschaft seit dem frühen 20. Jahrhundert die elektrische Impedanz als Diagnoseinstrument. Impedanzbasierte medizinische Tests machen sich die Tatsache zunutze, dass verschiedene Gewebearten unterschiedliche Impedanzgrößen aufweisen.

Bildgebende Verfahren zur elektrischen Impedanz, wie zum Beispiel die elektrische Impedanztomographie (EIT), werden seit vielen Jahren eingesetzt und haben sich immer weiter verbessert und an Popularität gewonnen. Da bösartiges Gewebe im Allgemeinen eine geringere Impedanz aufweist als gesundes Gewebe, hat sich diese Art von Test als vielversprechend für die Früherkennung von Brustkrebs erwiesen. Bei einem typischen EIT-Test werden Elektroden an dem zu testenden Körperteil angebracht. An zwei oder mehr Elektroden wird ein schwacher elektrischer Strom angelegt und die Spannungsunterschiede gemessen. Der Test kann mehrmals und mit vielen Elektrodenkombinationen wiederholt werden, um möglichst genaue Ergebnisse zu erzielen.

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