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交流回路におけるコンダクタンス、サセプタンス、アドミタンスの理解

コンダクタンスとは

直流回路解析において、抵抗の逆数として働く概念をコンダクタンスと呼びます。並列抵抗ネットワークを簡略化する際に特に有用です:

Rparallel = 1 / (1/R_1 + 1/R_2 + … + 1/R_n)

並列抵抗を加えると全体抵抗は減少しますが、コンダクタンスは単純に加算されます。数学的に、コンダクタンスは抵抗の逆数です:G = 1/R。並列抵抗方程式の各1/R項は、実はコンダクタンスなのです。

抵抗が電子の流れをどれだけ妨げるかを定量化するのに対し、コンダクタンスは電子がどれだけ容易に通過できるかを測ります。「抵抗」が妨げの尺度なら、「コンダクタンス」は通しやすさの尺度です。

歴史的にコンダクタンスはモー(オームの綴りを逆にしたもの)で表されました。今日ではSI単位であるジーメンス(記号S)が使われます。式では記号Gでコンダクタンスを表します。

リアクティブ素子(インダクタとコンデンサ)は、一定の抵抗を提供するのではなく、時間とともに変化する電流を妨げます。この時間依存の抵抗をリアクタンスと呼び、これもオームで測定されます。

サセプタンスとは

コンダクタンスが抵抗を補完するのと同様に、リアクタンスの逆数をサセプタンスと呼びます。B = 1/X と定義され、コンダクタンスと同様にジーメンスで測定されます。

サセプタンスの記号はBです。電磁気学では磁束密度を表す同じ文字ですが、回路解析ではアドミタンスの虚部を専ら指します。

リアクタンスとサセプタンス

用語の対応関係は抵抗とコンダクタンスを反映しています:リアクタンスは回路がいかに時間的な電流変化を妨げるかを記述し、サセプタンスは回路がいかに時間変化電流を受け入れやすいかを記述します。

複数の純粋な並列リアクタンスを評価する際、各リアクタンスXを対応するサセプタンスBに変換し、B値を合計してから逆数を取って等価リアクタンスを得るのが容易なことが多いです:

Xparallel = 1 / (1/X_1 + 1/X_2 + … + 1/X_n)

サセプタンスはコンダクタンスと同様に、並列で加算され、直列で結合されます。両者はスカラ量です。しかし、抵抗性とリアクティブ素子が共存する場合、単一のスカラ量では十分ではありません。

混合ネットワークでは、インピーダンス(Z、単位オーム)とその逆数であるアドミタンス(Y、単位ジーメンス)の概念が不可欠になります。インピーダンスは抵抗とリアクタンスの両方を包含する複素数であり、アドミタンスはその複素逆数です。

アドミタンスとは

アドミタンスはYで表され、ジーメンスで測定され、インピーダンスの逆数です。インピーダンスが回路がいかにACを阻害するかを定量化するのに対し、アドミタンスは回路がいかに電流の流れを許容するかを定量化します。

インピーダンスが複素量であるため、アドミタンスも複素量です。最新の科学電卓は極形式・直交形式の両方で複素数演算を処理できるため、サセプタンス(B)やアドミタンス(Y)の個別数値を明示的に使う機会は少ないかもしれません。それでも、それらの意味を理解しておくことは価値があります。

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