Obserwacja wartości napięć na elementach R, L, C obwodu szeregowego i równoległego wyraźnie wykazuje przesunięcia fazowe między prądem I a napięciem UL i UC. Przyjmując kierunek rotacji przeciwny do ruchu wskazówek zegara wnioskujemy, że przebieg natężenia prądu sinusoidalnie zmiennego jest o π/2 opóźniony w stosunku do napięcia dla cewki indukcyjnej oraz o π/2 wyprzedza napięcie dla kondensatora. W przypadku rezystora prąd i napięcie pozostają w fazie. Należy jednak pamiętać że wartość przesunięcia fazowego ϕ = π/2 jest prawdziwa jedynie dla elementów i obwodów idealnych. W naszym doświadczeniu rachunek wektorowy nie do końca odpowiada rzeczywistym wartościom, co wynika z nieidalności elementów R, L, C oraz z dodatkowych oporów na przewodach i miernikach. Wpływa to na zmianę wartości przesunięcia fazowego ( ponieważ prąd na rezystorach jest w fazie z napięciem ) w stosunku do idealnej. Rzeczywisty układ prądów przedstawiono na wykresie nr 3 dla obwodu równoległego ( linia przerywana ).
Badając zjawisko rezonansu szeregowego stwierdziliśmy, że wraz ze zbliżaniem się częstotliwości napięcia zasilania do częstotliwości rezonansowej, następuje znaczny wzrost wartości prądu. Jest to spowodowane tym, że reaktancja pojemnościowa(Xc) jest równa reaktancji indukcyjnej(XL), a co za tym idzie, wypadkowa reaktancji(X=XL-Xc) jest równa zeru. Jeśli reaktancja jest „zerowa” to znaczy, że w tym miejscu nie ma oporów dla płynącego prądu, dlatego w czasie rezonansu jego wartość jest największa. Ogranicza go nie tylko rezystancja pochodząca z rezystora R, ale także rezystancja pochodząca od elementów typu L i C(ze względu na ich niedoskonałość). Zawierają one oprócz oporu biernego także opór czynny.
Jak widać z obliczeń, wyliczona częstotliwość rezonansowa jest równa zmierzonej częstotliwości rezonansowej, co dowodzi słuszności wzorów opisujących to zjawisko, jak i dokładnego dobrania elementów L i C użytych w tym ćwiczeniu.
Obliczona dobroć obwodu w stanie rezonansu(odniesiona do indukcyjności) świadczy o tym, że elementy typu L i C wprowadziły małe wartości oporu czynnego w stosunku do ich oporów biernych, bo współczynnik dobroci różnił się jedynie o 0.03, co stanowi zaledwie 2% wartości założonej na początku.
Obliczona rezystancja cewki indukcyjnej jest wielokrotnie większa niż wartość zmierzona. Jest to spowodowane tym, że rezystancja w czasie rezonansu nie składa się tylko z oporów czynnych rezystora i cewki, ale również z rezystancji wewnętrznych(Rw) mierników użytych w tym ćwiczeniu(amperomierz, a zwłaszcza oscyloskop) które wprowadzają tzw. błędy metody. Poza tym, rezystancja obliczona w tym ćwiczeniu została wyznaczona metodą pośrednią, więc jest również obarczona dodatkowymi błędami pochodzącymi z klasy mierników ją mierzących.
Elektryczny obwód drgający składa się z pojemności C, indukcyjności L i oporu R. Drgania elektromagnetyczne powstają w wyniku okresowego przekształcania się energii pola elektrycznego związanego z pojemnością w energię pola magnetycznego związanego z indukcyjnością i na odwrót. Na skutek strat energii (ciepło Joule'a w oporze i cewce indukcyjnej, straty dielektryczne w kondensatorze i promieniowanie) drgania obwodu stopniowo zanikają.
W momencie rezonansu wartość prądu jest maksymalna impedancja osiąga wartość minimalną a kąt fazowy φ osiąga wartość zero.
Dyskusja wyników pomiarów
Z pomiarów widzimy iż napięcie wzrasta , przy częstotliwości 30-58 Hz osiąga maksimum, a potem stopniowo maleje. Napięcie na kondensatorze wzrasta , przy częstotliwości 29,28 Hz osiąga maksimum, a następnie stopniowo maleje. W miarę wzrostu częstotliwości impedancja obwodu maleje przy Xl-Xc=0 osiąga minimum.
Tak samo rzecz ma się z natężeniem prądu o obwodzie RLC początkowo wzrasta a przy częstltiwości 136,24 Hz osiąga maksimum, a następnie stopniowo maleje.