Mikä on sähköimpedanssi?

Sähköimpedanssi, jota usein kutsutaan yksinkertaisesti impedanssiksi, on mittaus, jota käytetään kuvaamaan kuinka helposti sähkö virtaa vaihtovirtapiirin läpi. Se kuvaa kokonaisvastusta, jonka piiri esittää virralle. Tasavirtapiirissä (DC) piirissä vastusta käytetään kuvaamaan samoja ominaisuuksia, mutta vaihtovirtajärjestelmässä tulee lisää tekijöitä. Sähköinen impedanssi on sekä vastuksen että reaktanssin funktio, koska vaihtovirtapiiri on syklinen.

Yleensä piirin vastus määräytyy johtimien sisällä olevien vapaiden elektronien lukumäärän mukaan sähkövirran kuljettamiseen. Esimerkiksi halkaisijaltaan suurella kuparilangalla on enemmän vapaita elektroneja kuin pienemmällä halkaisijalla oleva kuparilanka, ja sen vastus on pienempi. Johtimessa käytettävä metallityyppi on myös tärkeässä asemassa, koska vähemmän johtavassa metallissa on vähemmän vapaita elektroneja ja se kestää paremmin virtaa.

Sähköisen impedanssin toinen komponentti, reaktanssi, johtuu vaihtovirran kiertämisestä. Tyypillinen kotitalouksien sähkövirta muuttaa suuntaa 60 kertaa sekunnissa tai 60 hertsin nopeudella. Jokainen sykli aiheuttaa ylimääräistä sähköistä ja magneettista vastustusta virralle. Tätä vastustusta kutsutaan reaktiivisuudeksi.

Kuten resistanssi, sähköimpedanssin mittayksikkö on ohmi. Impedanssi ilmaistaan ​​yleensä piirin potentiaalijännitteen erotuksena jaettuna piirin läpi kulkevan virran enimmäismäärällä. Yksinkertaisin sähköimpedanssin ilmaisu on esitetty matemaattisessa yhtälössä Z = V/I, jossa Z edustaa impedanssia, V on jännite ja I edustaa virtaa.

Sähköiset mittaukset ovat hyödyllisiä muille kuin vain kuparijohdoille ja piirilevyille. Ihmiskeholla on myös tietty johtavuus, vastus ja jopa impedanssi. Itse asiassa lääketieteellinen yhteisö on käyttänyt sähköimpedanssia diagnostisena työkaluna 1900 -luvun alusta lähtien. Lääketieteellisissä testeissä, jotka perustuvat impedanssiin, hyödynnetään sitä tosiasiaa, että eri kudostyypeillä on eri suuruinen impedanssi.

Sähköisiä impedanssikuvantamistekniikoita, kuten sähköimpedanssitomografiaa (EIT), on käytetty monia vuosia, ja ne ovat edelleen parantuneet ja saavuttaneet suosiota. Koska pahanlaatuisella kudoksella on tyypillisesti pienempi impedanssi kuin terveellä kudoksella, tämäntyyppiset testit ovat osoittaneet suurta lupausta rintasyövän varhaisessa havaitsemisessa. Tyypillinen EIT -testi sisältää elektrodien asettamisen testattavaan kehon osaan. Heikko sähkövirta kohdistetaan kahteen tai useampaan elektrodiin ja mitataan jännite -erot. Testi voidaan toistaa useita kertoja ja useilla elektrodien yhdistelmillä tarkimpien tulosten saamiseksi.