问题

阻抗就是电阻吗?如果是,为什么不直接叫电阻?

回答
好,咱们来聊聊这个“阻抗”和“电阻”的事儿,别被这两个词儿绕晕了。其实,它们俩关系挺近,但又不太一样。要是光叫电阻,很多时候就说明问题说明白了。

一、电阻:简单粗暴的“阻碍”

首先说电阻。电阻这东西,咱们中学物理就接触过。它最核心的含义就是:导体对电流的阻碍作用。

是什么决定的? 你想让一个东西导电导得顺不顺畅,主要看它自身的“体质”和“身材”:
材料的性质(电阻率): 铜导电好,电阻就小;橡胶导电差,电阻就大。这就是材料本身的“性格”。
长度: 你拉的绳子越长,拽起来越费劲。导线越长,电子跑的路就越远,受到的“摩擦”就越多,电阻就越大。
截面积: 你想把水灌进去,水管越粗,进水越顺畅。导线越粗,能容纳的电子越多,电流越容易通过,电阻就越小。
温度: 大多数材料,温度越高,原子振动越厉害,电子跑起来越容易“撞车”,电阻就越大。

表现形式: 最直观的表现就是焦耳热。电流通过电阻时,电能会转化成热能,这就是电阻发热的原因。你家里的电暖气、电吹风,里面那些发红的丝就是电阻很大的材料做的,专门用来把电变成热。

为啥叫电阻? 因为它只关注“阻碍”这个最根本的效应,而且这种阻碍作用在直流电下是恒定的,不随时间变化。就像一个固定在那儿的路障,你无论什么时候去推它,它都能提供同样的阻碍力。

二、阻抗:更全面、更“动态”的“阻碍”

现在,咱们把场景切换到交流电。交流电这东西,不是一成不变的,它在不断地变化方向和大小,就像一个不断晃动的波浪。这时候,仅仅用“电阻”来描述导体的阻碍作用就不够全面了。

阻抗(Impedance),就好像是电阻的老大哥,它不仅包含了电阻本身对电流的阻碍作用,还加入了电感和电容对电流的“阻碍”效应。

为啥需要更全面的说法? 在交流电电路里,除了像电阻那样“老实巴交”地阻碍电流(产生热量),还有两个“捣蛋鬼”:
电感(Inductor): 想象一个弹簧。当你用力推它,它会储存能量,当你松手,它又会把储存的能量释放出来,并且还会“反抗”你推它或拉它的动作。电流在电感里变化时,会产生一个感应电动势来阻碍电流的变化。这种阻碍不是产生热量,而是储存和释放能量。它对交流电的阻碍作用叫做感抗(Reactance)。感抗的大小跟交流电的频率有关:频率越高,感抗越大。
电容(Capacitor): 想象一个橡皮筋。你拉它,它会储存能量,当你松手,它又会释放能量。电流在电容里变化时,会储存电荷,并且这种储存会“阻碍”电流的瞬时变化。它对交流电的阻碍作用叫做容抗(Reactance)。容抗的大小也跟交流电的频率有关:频率越高,容抗越小。

阻抗包含什么? 阻抗就是一个更广义的概念,它把这些效应都“打包”了。在数学上,阻抗通常用一个复数来表示。
实部:就是我们熟悉的电阻(R),它总是把电能变成热能。
虚部:就是电抗(X),它包含了感抗(XL)和容抗(XC)。电抗并不直接产生热量,而是储存和释放能量,并且它的值会随频率变化。

为什么不直接叫电阻?
1. 不够准确: 如果电路里只有电阻,那叫电阻没问题。但一旦加入了电感和电容,它们对电流的“阻碍”方式和电阻完全不同。如果还叫电阻,就混淆了不同的物理效应。比如,一个线圈既有导线本身的电阻,又有线圈产生的电感。你不能简单地说它的“电阻”是多少,而要说它的“阻抗”。
2. 频率依赖性: 电阻的值在直流和交流下通常是一样的(不考虑温度变化),但电感和电容的“阻碍”作用(感抗和容抗)是随交流电频率变化的。阻抗这个概念可以很好地体现这种频率依赖性。
3. 相位关系: 电流和电压在电阻上是同相的,但在电感和电容上是有相位的差别的(电流滞后或超前于电压)。阻抗这个复数概念,正好可以描述这种相位关系。你用一个纯电阻接交流电,电压和电流是同步的;但如果你接一个电感,电流会“慢半拍”才跟上电压的变化。
4. 工程应用需求: 在设计和分析交流电路时,工程师需要考虑所有对电流的阻碍因素,包括电阻、电感和电容。阻抗是一个统一的术语,方便大家交流和计算。比如,你设计一个滤波器,就需要精确计算各种元件的阻抗来达到预期的效果。

打个比方:

想象你跑步。

电阻就像是你鞋子底的摩擦力。无论你跑多快,这个摩擦力总是存在,而且它会让你发热。
感抗就像是你前面有一个稍微有点弹性的坡。你用力推上去的时候,这个坡会“抵住”你,储存你的力气,然后你再往下拉的时候,它又会把力气“还”给你。你推得越快,这个“抵住”的感觉就越明显。
容抗就像是你前面有一个松紧带。你用力拉它的时候,它会“绷紧”,储存你的力气,然后当你放开手的时候,它会把你“拽回来”。你拉得越快,你感觉到“阻力”就越大。

阻抗就是你跑步时,遇到的所有这些“阻碍”的综合效应,包括鞋底的摩擦(电阻)、那个弹性的坡(感抗)和那个松紧带(容抗)对你前进过程中的“不顺畅”的感觉的总和。而且,那个坡和松紧带对你的“阻碍”程度还跟你跑得有多快(频率)有关系。

所以,在交流电路里,特别是有电感和电容参与的电路里,我们不能只谈“电阻”,必须用更全面的“阻抗”来描述。它才是真正反映电路对电流的整体“阻碍”能力。简单来说,电阻是阻抗的一部分,但阻抗比电阻更宽泛,它考虑了能量存储和相位变化这些交流电路特有的效应。

网友意见

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逻辑上讲, 电阻是阻抗的子集, 阻抗是电阻的超集。所以阻抗不直接叫电阻, 尽管它们的量纲是一样的。




在交流电路(如串联RLC电路)中,电抗(Reactance)是类似于直流电路中电阻对电流的阻碍作用,用於描述电容及电感对电流的阻碍作用,其量纲也是欧姆。

在交流电路分析中,电抗用 X 表示,是复数阻抗的虚数部分,用于表示电感及电容对电流的阻碍作用。电抗随着交流电路频率而变化,并引起电路电流与电压的相位变化。



阻抗(electrical impedance)是交流电电路中电阻、电感、电容对交流电的阻碍作用的统称。

阻抗是一个复数,实部称为电阻,虚部称为电抗;其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗,电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗,容抗和感抗合称为电抗。

“阻抗”將電阻的概念加以延伸至交流電路領域,不僅描述電壓與電流的相對振幅,也描述其相對相位。當通過電路的電流是直流電時,電阻與阻抗相等,電阻可以視為相位為零的阻抗。电气工程中,阻抗是衡量一个电路在施加电压时对电流产生的阻力。

从数量上看,一个两端电路元件的阻抗是其两端之间的正弦电压的复数表示与流过它的电流的复数表示的比率。阻抗将电阻的概念延伸到交流电路中,并同时拥有幅值和相位,不像电阻那样只有幅值。阻抗是一个复数,其单位(量纲,而不是雇主)与电阻相同,SI单位为欧姆(Ω)。它的符号通常是Z,可以用极坐标的形式来表示它的幅度和相位|Z|∠θ。然而,对于电路分析的目的来说,笛卡尔复数表示法往往更有力。阻抗的概念对于进行电网的交流分析是很有用的,因为它可以通过一个简单的线性法则将正弦电压和电流联系起来。

阻抗的倒数是导纳,其SI单位是 siemens (西门子),以前称为 mho (也就是将欧姆 ohm 倒过来写)。



用来测量电阻抗的仪器被称为阻抗分析仪。

例如俺用来测量童尿尿柱电化学阻抗的那台机器。







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附录:

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简单交流电路的一个仿真




       Version 4 SHEET 1 880 680 WIRE -96 112 -96 80 WIRE -96 112 -144 112 WIRE -64 112 -96 112 WIRE 32 112 32 80 WIRE 32 112 16 112 WIRE 112 112 32 112 WIRE 256 112 208 112 WIRE 368 112 368 96 WIRE 368 112 336 112 WIRE -144 144 -144 112 WIRE 112 144 112 112 WIRE 208 144 208 112 WIRE 368 144 368 112 WIRE -144 272 -144 224 WIRE 112 272 112 224 WIRE 112 272 -144 272 WIRE 208 272 208 224 WIRE 208 272 112 272 WIRE 368 272 368 224 WIRE 368 272 208 272 WIRE 112 288 112 272 FLAG 112 288 0 FLAG -96 80 La FLAG 32 80 Lb FLAG 368 96 TPload SYMBOL ind2 96 128 R0 WINDOW 3 -75 87 Left 2 SYMATTR InstName L1 SYMATTR Value {x*x} SYMATTR Type ind SYMBOL ind2 192 128 R0 SYMATTR InstName L2 SYMATTR Value 1 SYMATTR Type ind SYMBOL res 352 128 R0 SYMATTR InstName R1 SYMATTR Value 1 SYMBOL res -80 128 R270 WINDOW 0 32 56 VTop 2 WINDOW 3 0 56 VBottom 2 SYMATTR InstName R2 SYMATTR Value 1 SYMBOL voltage -144 128 R0 WINDOW 3 -17 178 Left 2 WINDOW 123 24 124 Left 2 WINDOW 39 0 0 Left 0 SYMATTR InstName V1 SYMATTR Value SINE(0 {311*x} 50) SYMATTR Value2 AC 1 SYMBOL res 352 96 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 32 56 VTop 2 SYMATTR InstName R3 SYMATTR Value 0.1 TEXT 152 304 Left 2 !K L1 L2 1 TEXT 136 56 Left 2 !.param x = 2 TEXT -226 22 Left 2 !.tran 0 0.6 0.5 1e-5 TEXT 32 0 Left 2 !.step oct param x 2 32768  1     


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俺没啥文化, 初中毕业,大伙都知道。

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