W szeregowym obwodzie RLC impedancję można zapisać jako część rzeczywistą i urojoną: Z = R + j(XL − XC). To właśnie składnik urojony (różnica reaktancji) decyduje o tym, czy układ ma charakter indukcyjny (dodatni) czy pojemnościowy (ujemny). Kąt przesunięcia fazowego między napięciem a prądem spełnia zależność φ = arctan((XL − XC)/R).
Dla warunku z pytania f > f0 zachodzą dwie kluczowe zależności częstotliwościowe:
- XL = 2πfL – rośnie liniowo wraz z częstotliwością, więc wpływ cewki na część urojoną impedancji zwiększa się.
- XC = 1/(2πfC) – maleje wraz ze wzrostem częstotliwości, więc "udział" kondensatora w części urojonej staje się coraz mniejszy.
W efekcie powyżej rezonansu typowo otrzymujemy XL > XC, czyli (XL − XC) > 0. To oznacza charakter indukcyjny: napięcie wyprzedza prąd, a równoważnie prąd jest opóźniony względem napięcia. Dlatego poprawną odpowiedzią jest cewka, bo to jej reaktancja dominuje w różnicy XL−XC i determinuje znak przesunięcia fazowego.
Dlaczego pozostałe odpowiedzi są błędne?
- Rezystor – element rezystancyjny nie wprowadza przesunięcia fazowego (dla samego R prąd i napięcie są w fazie). Wzór na φ pokazuje, że R wpływa głównie na "skalę" kąta (mianownik w tangensie), ale nie narzuca charakteru indukcyjnego/pojemnościowego tak jak znak XL−XC.
- Kondensator – wprowadza przesunięcie fazowe o przeciwnym znaku niż cewka, ale poniżej rezonansu (f<f0) to on może dominować (XC>XL). W tym pytaniu warunek jest odwrotny: f>f0.
- Wszystkie elementy mają równy wpływ – nie jest prawdą, ponieważ wypadkowa faza wynika z relacji między R oraz różnicą reaktancji (XL−XC), a reaktancje zmieniają się z częstotliwością w różny sposób.
Wskazówka egzaminacyjna: zawsze sprawdź, czy zadanie podaje relację częstotliwości do f0. Bez tego nie da się jednoznacznie wskazać dominującego elementu w sensie fazy.
