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CR · Estado estacionario AC

Impedancia: resistencia y reactancia

En corriente alterna, las bobinas y los condensadores también frenan la corriente, pero de un modo distinto al de las resistencias. En esta unidad verás cómo reunir ese freno con la resistencia en una sola impedancia compleja.

Resistencia y reactancia se suman en ángulo recto

En el triángulo, el lado horizontal es una resistencia fija, el vertical es la reactancia, y la flecha trazada sobre la hipotenusa es la impedancia. Al aumentar la reactancia, la flecha se levanta desde el eje horizontal; busca el punto en que la reactancia iguala a la resistencia y la flecha señala exactamente 45 grados.

Reactancia inductiva X = ωLX = 4 Ω
Magnitud y fase de la impedancia
|Z| = 10.8 Ω · θ = 22°
|Z| = √(R² + X²) = √(100 + 16)
Lejos de 45 grados

La reactancia impide a 90 grados

Una resistencia mantiene en fase la tensión y la corriente y disipa la energía en forma de calor. La bobina se comporta de otro modo: se opone a cada intento de cambiar su corriente, y como resultado la tensión adelanta 90 grados a la corriente. Por eso el freno de la bobina, su reactancia, no apunta en la misma dirección que la resistencia, sino en ángulo recto con ella en el plano complejo.

Ángulo recto significa Pitágoras

La resistencia R va sobre el eje horizontal y la reactancia X sobre el vertical. Como forman un ángulo recto, el módulo de la impedancia combinada no es una simple suma, sino la longitud de la hipotenusa, |Z| = √(R²+X²). Este único triángulo reúne el módulo, que dice cuánto se frena la corriente, y la fase, que dice cuánto se adelanta la tensión.

La fase la fija la razón de los catetos

En el triángulo de impedancia, el ángulo de fase lo fija el cociente entre el lado vertical y el horizontal, θ = arctan(X/R). Con poca reactancia el elemento es casi puramente resistivo y la fase se acerca a 0; cuando la reactancia iguala a la resistencia, los dos lados miden lo mismo y la fase es exactamente 45 grados. La resistencia de la gráfica es de 10 Ω, así que los 45 grados llegan con una reactancia de 10 Ω. En un condensador la reactancia apunta hacia abajo, la fase es negativa y la corriente adelanta a la tensión.

ObservaZ = R + jX
La parte real es la resistencia; la imaginaria, la reactancia.
Elige|Z| = ?
Las dos partes forman ángulo recto, así que se combinan por la hipotenusa.
Completaθ = arctan(?)
Es el arcotangente del lado vertical entre el horizontal.
Por tu cuentaX = R → θ = ?
Lados iguales dan 45 grados.

De vuelta a la primera pantalla

Al aumentar la reactancia, la flecha de impedancia se levantó desde el eje horizontal y llegó exactamente a 45 grados en el momento en que la reactancia igualó a la resistencia. La longitud de la flecha era el módulo de la impedancia |Z|, y su inclinación era la fase θ con que la tensión adelanta a la corriente. Un solo número complejo reunía el tamaño y la fase del freno.

La impedancia Z = R + jX expresa como número complejo cuánto frena un elemento la corriente en régimen senoidal permanente. La parte real, la resistencia R, mantiene en fase tensión y corriente, y la parte imaginaria, la reactancia X (ωL en una bobina, −1/ωC en un condensador), las desfasa 90 grados. El módulo |Z| = √(R²+X²) indica cuánto se frena la corriente, y la fase θ = arctan(X/R), cuánto adelanta la tensión a la corriente.