Die Impedanz, oft symbolisiert mit dem Buchstaben Z, ist ein fundamentales Konzept in der Elektrotechnik und beschreibt den komplexen Widerstand, den ein elektrischer Strom in einem Wechselstromkreis erfährt. Im Gegensatz zum ohmschen Widerstand (R), der den Stromfluss in Gleichstromkreisen oder bei rein resistiven Komponenten beschreibt und unabhängig von der Frequenz ist, berücksichtigt die Impedanz auch die Effekte von Induktivitäten und Kapazitäten, die frequenzabhängig sind. Sie ist eine Verallgemeinerung des Widerstandsbegriffs für Wechselstromkreise und fasst sowohl den ohmschen Widerstand als auch die sogenannte Reaktanz zusammen.

Die Impedanz ist eine komplexe Größe und kann daher als Vektor in der komplexen Ebene dargestellt werden. Sie setzt sich aus einem Realteil und einem Imaginärteil zusammen. Der Realteil ist der ohmsche Widerstand R, der für die Energieumwandlung in Wärme verantwortlich ist. Der Imaginärteil ist die Reaktanz X, die aus der induktiven Reaktanz XL und der kapazitiven Reaktanz XC besteht. Induktivitäten speichern Energie in einem Magnetfeld und setzen sie wieder frei, während Kapazitäten Energie in einem elektrischen Feld speichern und wieder abgeben. Diese Energiespeicherung und -abgabe führt zu einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung, was die Kernunterscheidung zum rein ohmschen Widerstand darstellt.

Mathematisch wird die Impedanz Z als Z = R + jX ausgedrückt, wobei j die imaginäre Einheit ist (in der Elektrotechnik oft auch i verwendet, um Verwechslungen mit dem Strom I zu vermeiden). Die Größe oder der Betrag der Impedanz |Z| wird berechnet als die Wurzel aus der Summe der Quadrate von R und X: |Z| = sqrt(R^2 + X^2). Der Winkel der Impedanz, auch Phasenwinkel φ genannt, gibt die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom an und wird typischerweise über arctan(X/R) bestimmt. Ein positiver Phasenwinkel weist auf eine induktive Schaltung hin (Spannung eilt dem Strom voraus), während ein negativer Phasenwinkel eine kapazitive Schaltung anzeigt (Strom eilt der Spannung voraus).

Die Impedanz spielt eine entscheidende Rolle bei der Analyse und dem Design von Wechselstromschaltungen. Sie ist unerlässlich für das Verständnis des Verhaltens von Filtern, Resonanzkreisen, Übertragungsleitungen und Antennen. In der Audio- und Hochfrequenztechnik ist die Impedanzanpassung von größter Bedeutung, um maximale Leistungsübertragung von einer Quelle zu einer Last zu gewährleisten und Reflexionen zu minimieren. Fehlerhafte Impedanzanpassung kann zu Leistungsverlusten, Signalverzerrungen oder sogar zur Beschädigung von Geräten führen. Die Einheit der Impedanz ist das Ohm (Ω), genau wie beim ohmschen Widerstand.

Die Reaktanzkomponenten XL und XC sind stark frequenzabhängig. Die induktive Reaktanz XL steigt linear mit der Frequenz (XL = 2πfL), während die kapazitive Reaktanz XC invers proportional zur Frequenz ist (XC = 1/(2πfC)). Dies bedeutet, dass Induktivitäten bei hohen Frequenzen wie offene Kreise und Kapazitäten wie Kurzschlüsse wirken können und umgekehrt bei niedrigen Frequenzen. Diese frequenzabhängige Eigenschaft ist die Grundlage für das Funktionieren von Frequenzfiltern. In Reihen- oder Parallelschwingkreisen, die aus Induktivitäten und Kapazitäten bestehen, tritt bei einer bestimmten Resonanzfrequenz der Zustand auf, bei dem die induktive und kapazitive Reaktanz betragsmäßig gleich groß sind und sich gegenseitig aufheben, sodass die Impedanz rein ohmsch wird.