上一篇我們介紹了「阻抗」在直流電系統中的定義，也談了「電阻」以及它在直流電路中的效應。

在交流甚至高頻的系統，阻抗不只是電阻，它還有電容與電感的特性，因此在交流系統中的阻抗要用數學中的復數系統來標示。同樣的，交流系統中的電壓與電流在電容與電感存在時，也會產生相位上的差異，因此交流系統中的電壓與電流也需要用復數系統來表示與計算。

這一回我們要來探討一下「阻抗」在交流系統中的作用。

先從簡單的開始

我們先從電阻開始，看一個簡單的電路。

上一回我們用的 power source 是一個直流電壓源，這一次我們要使用交流電源。假設有一個峰值電壓 10 V、頻率 100 Hz 的交流電源，我們將它接上一個 10 ohm 的電阻當作負載。這個電路就會長這樣：

所謂的「100 Hz」交流電源，指的一定是 100 Hz 的正弦波，而不是方波、三角波、階梯波或是任何其它的波形。傅立葉分析告訴我們，任何形狀的周期波都可以用不同頻率的正弦波迭加而成，因此當我們在探討單一頻率的波形時，講的一定是正弦波。

這個交流電壓源的電壓波形就會長這樣：

那么電流呢？我們上一次討論過，如果電源是個電壓源，要流出多少電流是由負載的電阻大小決定的，而對于一個會變動的電壓源來說，即使它輸出的電壓在變動，它也時時刻刻遵守這個定律，也就是我們熟知的奧姆定律：V = IR。

當電壓為 0 時，我們將電壓（0 V）和負載（1 ohm）帶入上式，就會知道電流也是 0；當電壓上升到 5 V 時，我們將電壓（5 V）和負載（1 ohm）帶入上式，可以得知電流是 5 A；當電壓上升到頂點 10 V 時，我們將電壓（10 V）和負載（1 ohm）帶入上式，就可以得知電流是 10 A。

然后有趣的事來了。由于這個電源是交流電，它的電壓在整個周期中有一半的時間會低于 0，因此當我們把小于 0 的電壓帶入上面的式子計算時，電流也會小于 0；當電壓是 -5 V 時，電流是 -5 A；當電壓是 -10 V 時，電流是 -10 A。

電流的符號代表它流動的方向，如果我們定義電流由上往下流動是正的，那么當電壓變為負的時候，電流就會由下往上流動。

如果我們把電流波形畫出來，就會是看起來就會是這樣：

如果我們把電壓波形和電流波形的時間軸對齊畫在一起，看起來就會是這樣：

電流波形會隨著電壓的變化從 0 開始上升到最高點，再下降回到 0，然后變成負的，再到最低點，最后回到 0，如此周而復始。

由于電流波形很精確地隨著電壓波形變化，同時出發、同時達到最高點、同時達到最低點，因此我們說在這個電路中，電壓波形與電流波形的相位相同。

電容器負載

如果我們將上面電路中的負載電阻換成一個 1 uF 的電容器，會發生什么事呢？這時電路會變成這樣：

再次強調，由于電源是個電壓源，電壓波形由它自己決定，而電流波形則由負載決定，也就是說，電壓是因，電流是果。

如果我們測量這個電路的電流波形，它會是這樣：

看起來仍然是個正弦波，沒什么特別的，除了垂直刻度稍微怪了一點，但如果我們同時將電壓波形和電流波形畫在同一個時間軸上的話，就會是這樣：

原來在交流電路中，電容器上的的電流和電壓會有時間差。從這個圖中看起來，電容器上的電流會比電壓先上升到最大值，因此我們說電容器上的電流相位「超前」電壓，或是電壓相位「落后」電流。

至于超前或落后多少，其實可以很容易從圖中看出來，剛好就是四分之一個正弦波的周期。如果用角度來計算，一個周期是 360 度，四分之一個周期就是 90 度。因此我們可以這樣說：在交流電路中，電流相位超前電壓相位 90 度。

相位差知道之后，我們再來看振幅。眼尖的讀者可能已經看到，我雖然把電壓和電流畫得一樣高，但其實它們的坐標軸不一樣。電壓的頂點依舊是 10 V，但電流的頂點只有 0.00628 A。這個 0.00628 A 是怎么來的呢？

電容有個公式叫做它的容抗，我們在以前的文章中偶爾會用到它：XC = 1 / 2。