Was genau ist Impedanz?

[_Natha_]

Gleich noch eine Frage zum Thema (Wechsel-)Strom, Signale etc.

Ich lese oft bei Schaltungen oder Geräten und besonders bei Amps/Boxen "das ist ein nieder-/hochohmiger Eingang", "das ist ein nieder-/hochohmiger Ausgang".
Iwie verstehe ich den Begriff der Impedanz nicht.
Diverse Erklärungsversuche im WWW konnten mir keinen Verständnisschub geben...

Ich fange mal mit meiner Überlegung an. Der Widerstand ist das Verhältnis zwischen Spannung und Stormstärke. Also ist ein Strom mit 100V und 100A niederohmiger (Verhältnis = 1) als ein Strom mit 100V und 1A.

Aber Impedanz bedeutet ja, dass unterschiedliche Frequenzen unterschiedliche Widerstände haben. Aber wie soll ich mir das vorstellen? Wenn man jetzt eine Sinuswelle hat, deren Frequenz mit der Zeit zunimmt. Dann müssten bei gleicher Spannung, wenn man annehmen würde, dass niedrige Frequenzen niederohmiger als hohe sind, weniger Ampere durch die Leitung fließen. Wo gehen die Elektronen hin bzw. woher kommen sie bei tieferen Frequenzen wieder? Oder sind meine Überlegungen komplett falsch?

Wäre gut, wenn das jemand bildlich veranschaulichen könnte (z.B. Animation, Bsp. Wasser, ...)

LG

 

[roflo]

Die Impedanz ist der ohmsche Widerstand des z.B. Lautsprechers oder genauer der Spule darin und des Blindwiderstandes. Jede Spule betreibt ja auch Selbstinduktion, was sich wiederum als eine Art Widerstand auswirkt. Das ist der Blindwiderstand. Zusammen mit dem ohmschen Widerstand der elektrischen Leiter ergibt das den Scheinwiderstand oder auch Impedanz.

 

[Bass_Zicke]

Kleiner Vergleich :

Nimm einen Eimer mit Wasser und stell Ihn auf eine Treppenleiter . Dadurch , das Du den Eimer hochgehoben hast produzierst Du Spannung ( sogar doppelsinnig ) .

Lässt Du jetzt das Wasser durch verschieden dicke Schläuche in einen anderen Eimer laufen , der unten steht , passiert Folgendes :

Bei dünnen Schäuchen hat das Wasser einen größeren Widerstand und der Fluss ist geringer .

Bei dickeren Schläuche ist der Widerstand für das Wasser geringer und der Fluss ist größer .

Schläuche = Widerstand ( R )
Fluss = Strom , bzw Ampere ( I )
Treppenleiter mit Wasser = Spannung ( U )

Formel = R = U : I ( Ohmsche Gesetz )

 

[_Natha_]

Kleiner Vergleich :

Nimm einen Eimer mit Wasser und stell Ihn auf eine Treppenleiter . Dadurch , das Du den Eimer hochgehoben hast produzierst Du Spannung ( sogar doppelsinnig ) .

Lässt Du jetzt das Wasser durch verschieden dicke Schläuche in einen anderen Eimer laufen , der unten steht , passiert Folgendes :

Bei dünnen Schäuchen hat das Wasser einen größeren Widerstand und der Fluss ist geringer .

Bei dickeren Schläuche ist der Widerstand für das Wasser geringer und der Fluss ist größer .

Schläuche = Widerstand ( R )
Fluss = Strom , bzw Ampere ( I )
Treppenleiter mit Wasser = Spannung ( U )

Formel = R = U : I ( Ohmsche Gesetz )

Den Gleichstromwiderstand versteh ich ja, aber nicht den Wellen-/Wechselstromwiderstand
--- Beiträge wurden zusammengefasst ---

Die Impedanz ist der ohmsche Widerstand des z.B. Lautsprechers oder genauer der Spule darin und des Blindwiderstandes. Jede Spule betreibt ja auch Selbstinduktion, was sich wiederum als eine Art Widerstand auswirkt. Das ist der Blindwiderstand. Zusammen mit dem ohmschen Widerstand der elektrischen Leiter ergibt das den Scheinwiderstand oder auch Impedanz.

Und wie ist das z.B. bei Verstärkern mit der Ausgangsimpedanz oder bei anderen Geräten ohne Spulen etc?

 

[boisdelac]

Sehr vereinfacht ausgedrückt ...

Jedes elektronische Bauteil (ob Spule, Kondensator, Verstärker, Netzteil oder Mikroprozessor) hat einen Innenwiderstand. Dabei besteht ein Verstärker im Prinzip aus einer idealen Spannungsquelle und einem nachgeschalteten Innenwiderstand = Ausgangsimpedanz. Der Lautsprecher ist im Prinzip ein idealer Umsetzer von elektrischem Strom in eine mechanische Bewegung (Spule mit Membran) mit vorgeschalteter Eingangsimpedanz. Wenn nun die Ausgangsimpedanz gleich der Eingangsimpedanz der nachfolgenden Schaltung ist hat man die sogenannte Leistungsanpassung und die an (hier im Beispiel) den Lautsprecher abgegebene Leistung ist am größten. Impedanzen sind abhängig von der Frequenz des Nutzsignals. Bei Audioschaltungen werden Impedanzen im allgemeinen bei 1kHz angegeben.

Tu mir bitte den Gefallen und ließ bei Wikipedia nach. Da ist das Ganze sehr gut beschrieben. Wikipedia ... Suche nach den Begriffen ... Impedanz, Zweipol.

Im Web kannst Du entsprechendes über den Begriff Ersatzspannungsquelle finden.

Ich wünsche einen schönen Tag

Boisdelac

 

[eieiei]

und, alles verstanden? ich nicht. und ich werds wohl auch nie verstehen.

ich beobachte das jedesmal bei erklärungsversuchen zu elektrotechnischen themen - jeder weiß was dazu, aber keiner kanns richtig erklären. kein forumsmitglied, kein buch, kein lehrer, kein professor...
ich vermute, entweder wissen die es selber nicht und wollen das durch wildes drauflos- und nachgeplapper vertuschen - oder es gibt einfach keine verständliche erklärung.

 

[_Natha_]

Hier hab ich einiges zu dem Thema gelesen bekommen, und auch wirklich auf Audiotechnik bezogen. So wie ich das verstanden habe, bezeichnet die Impedanz einfach das Verhältnis Spannung/Strom für eine Effektivfrequenz, da ja alle Frequenzen unterschiedliche Impedanzen haben, die sich also je nach Frequenz um wenige Ohm ändern kann.

Die Ausgangsimpedanz (was aus dem Verstärker, dem Pickup etc. kommt) gibt an, in welchem U/I-Verhältnis das Audiosignal ist (also ob nieder- oder hochohmig). Diese Impedanz richtet sich nach Spulen, Kondensatoren und was weiß ich alles in dem Bauteil (z.B. Verstärker), die das Signal manipulieren, verstärken usw.
Dann, umso hochohmiger das Signal ist, desto mehr kann es im Kabel durch Störsignale "manipuliert" werden.

Die Eingangsimpedanz (z.B. bei Lautsprechern) gibt einfach an, ob dieses Gerät (eben der Lautsprecher) ein Audiosignal mit großen U/I-Verhältnis (hochohmig) oder niedrigem Verhältnis (niederohmig) erwartet, da die Spulen, Kondensatoren und anderen Bauelemente im Lautsprecher eben nur mit nieder- oder hochohmigen Signalen zurechtkommen und ansonsten kaputt gehen/nicht effizient arbeiten.

Die Eingangsimpedanz von z.B: Lautsprechern sollte mindestens genauso hoch sein wie die Ausgangsimpedanz z.B. von Verstärkern, also bei einem 4Ohm-Amp gehen 4- und 8-Ohm Boxen, bei 8Ohm-Amps gehen nur 8-Ohm-Boxen (hier auch nochmal zu lesen).

Das ist so das was ich verstanden habe. Sicher nicht alles, und hoffentlich nicht komplett falsch . Die Erklärungen auf Wikipedia mit den imaginären Einheiten und dem komplexen Zeuch sind wohl die nicht verständlichen Erklärungen die du meinst

 

[klaatu]

ch vermute, entweder wissen die es selber nicht und wollen das durch wildes drauflos- und nachgeplapper vertuschen - oder es gibt einfach keine verständliche erklärung.

Ich vermute eher, dass sich bei solchen Fragestellungen teilweise immanente Fehlinterpretationen oder -gedanken feststellen lassen. Wenn der Wikipedia Artikel https://de.wikipedia.org/wiki/Impedanz nicht ausreicht, fehlt es halt an den Grundlagen und dann wird es schwer bis unmöglich, dies in ein paar Zeilen zu erklären, stattdessen müsste erstmal über komplexe Zahlen, Phasenverschiebung und so weiter referiert werden. Diese Kenntnisse sind erforderlich, wenn man ein tieferes Verständnis haben will. Ist ähnlich wie beim Nachbarthread "Was ist Masse" - wollte man da eine den Fragesteller zufriedenstellende Antwort formulieren, müsste man auf die Grundlagen der E-Lehre mit Maxwellschen Gleichungen und mehr zurückgreifen. Und das würde ich mir nicht antun wollen, hat bei mir auch länger wie ein paar Postings im Internet gedauert, bis ich es verstanden (und mittlerweile als "nice to have" in selten benutzte Hirnregionen verlagert) habe

 

[Fantus]

also nachdem ich eine Leistungsberechnung in einem 7 phasigen Drehstomnetz mal in der Uni machen musste, schockt mich die Impendanz eher weniger

 

[the flix]

Die Eingangsimpedanz von z.B: Lautsprechern sollte mindestens genauso hoch sein wie die Ausgangsimpedanz z.B. von Verstärkern, also bei einem 4Ohm-Amp gehen 4- und 8-Ohm Boxen, bei 8Ohm-Amps gehen nur 8-Ohm-Boxen (hier auch nochmal zu lesen).

Die Ausgangsimpedanz eines Verstärkers ist nicht die Impedanz, die bei seiner Leistungsangabe angegeben ist. Die Ausgangsimpedanz einer Transistorendstufe liegt im Milliohmbereich. Es liegt hier keine Leistungsanpassung vor.

Statt von Aus- und Eingängen zu sprechen kann es auch hilfreich sein, nur von Toren zu sprechen. Die Frage ist immer, welche Impedanz sehe ich, wenn ich in ein Tor hineinschaue?
Signale haben keine Impedanz!

Verabschiede dich von der Vorstellung, komplizierte mathematische Zusammenhänge immer bildlich erklären zu können. Das führt nur zu falschen Vergleichen und Missinterpretationen. Im Fall der Impedanz ist die Definition doch mehr als eindeutig: Spannung zu Strom, komplex über der Frequenz.

 

[_Natha_]

Signale haben keine Impedanz!

Spannung zu Strom, komplex über der Frequenz.

Afaik ist ein Signal doch ein Wechselstrom mit vielen Frequenzen, und jeder Strom muss doch ein Verhältnis Spannung/Stom haben.

 

[the flix]

Ein Signal ist einfach nur Information. Du kannst Spannung ohne Strom haben.
Denk dir das so: Die Impedanz bestimmt, welcher Strom bei einer gegebenen Spannung fließt und das eben frequenzabhängig und mit Amplitude und Phase.

 

[jw-lighting]

Ich versuche mal zu erklären, woher der Unterschied zwischen ohmschem Widerstand R und Impedanz Z kommt.


Ohmsche Widerstände verhalten sich zu jedem Zeitpunkt gleich. Es ist egal, wann man an einen 10Ohm Widerstand 10V anlegt - es wird immer 1A fließen, egal was davor war.
Kondensatoren und Spulen verhalten sich anders. Ein leerer (nicht geladener Kondensator) lädt sich beim Einschalten auf die angelegte Spannung auf, bis diese erreicht ist. Dabei wird der fließende Strom mit der Zeit immer kleiner. Spulen verhalten sich aufgrund der Gegeninduktion (weiterführendes Stichwort: Lenz'sche Regel) genau anders herum. Der Strom steigt mit der Zeit, die Spannung sinkt mit der Zeit.
Der Kondensator wirkt an Gleichspannung also nach dem so genannten Einschwingen wie ein offener Schalter, eine Spule wie ein Kurzschluss.

Im weiteren werde ich mich auf den Kondensator beschränken - die Gegebenheiten bei einer Spule sind genau anders herum. Hier habt ihr mal ein Diagramm des zeitlichen Verlaufes von Strom und Spannung nach dem Einschalten eines Kondensators an Gleichspannung:

Wichtig ist nur der schwarze Verlauf von Strom und Spannung - lasst euch vom griechischen tau an der Zeitachse (x) nicht irritieren.

Es ist deutlich zu erkennen, dass der Strom direkt nach dem Einschalten am größten ist.

Stellen wir uns Wechselspannung nun als ständiges Ein- und Ausschalten von abwechselnd positiver und negativer Spannung vor. Mit steigender Frequenz werden die Zeiten zwischen dem Umschalten immer kürzer. Wir bewegen uns also immer mehr im linken Bereich der Zeitachse des oben abgebildeten Diagramms, also bei einem (im Mittel) immer größeren Strom.
Folglich fließt bei hohen Frequenzen also kurzen Zeiten auch im Mittel mehr Strom, als bei niedrigen Frequenzen.
Mit anderen Worten: Der "Widerstand" des Kondensators ist bei einer hohen Frequenz geringer. (Mehr Strom bei gleicher Spannung -> weniger Widerstand) Man nennt diesen Widerstand Blindwiderstand.

Ich hoffe, so ist die Frequenzabhängigkeit eines Kondensators bzgl. seines Widerstandes verständlich. Betrachtet man nun elektronische Schaltungen, verhalten sich diese nach außen wie eine Mischung aus ohmschen Widerständen und Spulen und/oder Kondensatoren. Daher fasst man die Anteile des ohmschen Widerstandes und der Blindwiderstände zusammen und nennt dies Scheinwiderstand oder Impedanz.

Eine Impedanz setzt sich also aus ohmschen und kapazitiven/induktiven Widerständen zusammen.

Fragt bitte gezielt nach, wenn ihr an einer bestimmten Stelle nichts mehr versteht. Mein erklärtes Ziel ist, das verständlich zu machen.
(Und daher verzeihen mir die Profis hoffentlich, wenn ich an der ein oder anderen Stelle wissenschaftlich vereinfache oder nicht 100% korrekt bin)

Grüße

 

[.Jens]

Man kann sich das ganze auch in einem mechanischen Analogon vorstellen: die Kraft, die nötig ist, um einen Gegenstand zu bewegen (je größer die benötigte Kraft, umso größer sprichwörtlich der Widerstand - oder im elektrischen Fall die Impedanz).

Die elektrischen Eigenschaften ohmscher Widerstand, Kapazität (Kondensator) und Induktivität (Spule) vethalten sich sehr ähnlich (und in mathematischer Hinsicht sogar fast gleich) wie die mechanischen Größen Reibung, Federkraft und (träge) Masse.

Reibung ist das Gegenstück zum ohmschen Widerstand: egal, ob ich versuche, einen Gegenstand konstant in eine Richtung zu bewegen (Gleichstrom) oder ihn hin und her zu bewegen (Wechselstrom) - es geht immer gleich schwer.

Die Masse als Gegenstück zur Induktivität einer Spule verhält sich anders: selbst schwere Gegenstände lassen sich in der Ebene relativ leicht verschieben, wenn die Reibung klein ist (kugelgelagerte Rollen oder ein Luftkissen als Unterlage). Bei konstanter Geradeausbewegung geht das fast von allein, der Widerstand ist klein. Versucht man aber, einen solchen schweren Gegenstand schnell hin- und herzuschaukeln, wird das mit zunehmender Frequenz immer schwerer, weil man ständig die Masse beschleunigen muss.

Und schließlich die Feder: einen Gegenstand, der mit einer Feder irgendwo befestigt ist, kann ich gar nicht beliebig weit verschieben. Es ist auch mit der größten Kraftanstrengung nicht möglich, solch einen Gegenstand in eine gleichförmige Bewegung in immer die gleiche Richtung zu zwingen - je weiter die Bewegung geht, umso mehr wächst ja auch die Kraft an. Man kann sagen, der "Gleichstromwiderstand" ist unendlich. Dagegen ist es relativ leicht, einen kleinen Gegenstand, der an der Feder hängt, schnell hin und her zu bewegen - je schnelleg, umso einfacher wird es. Das ist das Verhalten, was ein Kondensator (s.o.) elektrisch genauso wiederspiegelt.

 

[maah]

(Ohne Gewähr)

Impedanz (so würde ich behaupten) ist der Widerstand, den eine Spule oder ein Kondensator Wechselstrom entgegenstellt.
Spule: Z(Impedanz)=omega(Frequenz)*L
Kondensator: Z =1/omega * C
omega=2*pi*Frequenz // also bei hoher Frequenz bewirkt die Spule einen hohen Widerstand/Impedanz und bei niedrigen Frequenzen der Kondensator.

Das kommt dadurch zustande, weil gewisse Energie dazu aufgebraucht wird, ein magnetisches(Spule) oder elektrisches(Kondensator) Feld aufzubauen. Wenn das Feld sich wieder abbaut, fließt die Energie wieder herraus. Es ist nur ein scheinbarer Widerstand.
Beim letzten Abschnitt bin ich mir nicht genaz sicher, ob er 100% richtig ist.


Ups, sehe gerade, dass die Diskussion über einen Monat alt ist, dachte die wäre von diesen Monat. xD

 

[the flix]

Damit deine Formeln korrekt sind, fehlt jeweils noch ein "j" (für die Mathematiker ein "i"). Was du da aufgeschrieben hast, ist die Reaktanz, nicht die Impedanz.