miniatura|250px|Un típico condensador electrolítico Un condensador é un compoñente electrónico pasivo que consiste nun par de condutores separados por un dieléctrico (illante) ou polo baleiro. Cando existe unha diferenza de potencial (voltaxe) entre os condutores, créase un campo eléctrico estático no dieléctrico que almacena enerxía e produce unha forza mecánica entre os condutores. Un condensador ideal caracterízase por un único valor constante, capacitancia, medido en faradios. Este é a proporción da carga eléctrica en cada condutor da diferenza de potencial entre eles.
Os condensadores son moi usados en circuítos electrónicos para bloquearen a corrente continua mentres permiten pasar corrente alterna, en redes de filtrado, para suavizaren a saída das fontes de alimentación, nos circuítos resoadores que axustan os radiotransmisores a frecuencias particulares e para outros moitos propósitos.
O efecto é maior cando hai unha separación estreita entre grandes áreas do condutor, de aí que aos condutores do condensador se lles adoite chamar "placas", en referencia a un antigo método de construción. Na práctica, o dieléctrico entre as placas deixa pasar unha pequena cantidade de corrente de fuga e ten un límite de forza no campo eléctrico, o que resulta nunha voltaxe de ruptura, mentres que os condutores e as patillas introducen unha indutancia e unha resistencia non desexadas.
Historia miniatura|Unha botella de Leiden, o primeiro condensador da historia. miniatura|200px|Catro botellas de Leiden que forman unha batería (Museo Boerhaave, 2003). En outubro de 1745 Ewald Georg von Kleist, de Pomerania (Alemaña), observou que a carga eléctrica podía ser almacenada conectando por medio dun cable un xerador electrostático a un volume de auga no interior dunha xerra, frasco ou botella de vidro. A man de Von Kleist e a auga actuaban como condutores, e o frasco como un dieléctrico, isto é, illante (aínda que os detalles do mecanismo foron incorrectamente identificados nese momento). Von Kleist foi sacudido ao tocar o arame por unha poderosa faísca, moito máis dolorosa que a que se obtiña dun xerador electrostático, polo que deduciu correctamente que a carga eléctrica almacenábase nese dispositivo.
Ao ano seguinte, o físico holandés Pieter van Musschenbroek inventou un condensador similar que foi chamado botella de Leiden (pola Universidade de Leiden onde traballaba). Tamén el quedou impresionado pola forza da descarga que este aparello proporcionaba, de forma que chegou a escribir que "non padecería unha segunda descarga por todo o reino de Francia." miniatura|Botella de Leiden "desarmada", 1876 Daniel Gralath foi o primeiro en combinar varias botellas de Leiden en paralelo formando unha "batería" para incrementar a capacidade de almacenamento de carga. Así mesmo, Benjamin Franklin investigou a botella de Leiden e chegou á conclusión en 1749 de que a carga se almacenaba non precisamente na auga, como outros asumiran, senón no bordo do cristal. Tamén acuñou o termo "batería" (que indica o aumento de potencia por medio dunha fila de unidades similares, como nas baterías de artillaría) que posteriormente se aplicou a grupos de células electroquímicas. Grazas ao descubrimento de Franklin as botellas de Leiden posteriores confeccionáronse recubrindo o interior e o exterior dos frascos cunha folla de metal, deixando un espazo na boca para evitar a formación de arcos entre as láminas. A primeira unidade de capacidade foi o "tarro", equivalente a ao redor de 1,11 nanofaradios. Empezou a estudarse a indutancia ou medida da oposición a un cambio de corrente dun indutor que almacena enerxía en presenza dun campo magnético.
Botellas de Leiden ou dispositivos máis potentes que empregaban placas de vidro planas alternadas con condutores de lámina metálica usáronse exclusivamente ata máis ou menos 1900, cando a invención da telegrafía sen fíos creou unha nova demanda de condensadores (termo utilizado por primeira vez por Alessandro Volta en 1782) tales como láminas de material dieléctrico (é dicir, illante) flexible. Un condensador (xeralmente indicado con C) constituíase xeralmente por un par de condutores (ou placas) separadas por un illante (dieléctrico). A carga almacenábase na superficie das placas de material condutor, no bordo en contacto co dieléctrico ou illante.
Desde o inicio do estudo da electricidade utilizáronse para os condensadores materiais non condutores como vidro, porcelana, papel e mica para usar como illantes ou dieléctricos. Nos primeiros anos de Guglielmo Marconi usáronse condensadores de porcelana para os aparellos inalámbricos de transmisión, mentres que para a recepción usáronse pequenos condensadores de mica nos circuítos resonantes. Estes últimos, os condensadores de mica, foron inventados en 1909 por William Dubilier. Antes da segunda guerra mundial, a mica era o dieléctrico para os condensadores máis común nos Estados Unidos.
Charles Pollak (nado Karol Pollak) foi o inventor dos primeiros condensadores electrolíticos. En 1896 concedéuselle a patente dos Estados Unidos nº 672.913 para un "condensador líquido eléctrico con eléctrodos de aluminio". Electrolitos sólidos condensadores de tántalo foron inventados polos Laboratorios Bell na década de 1950 como un condensador de apoio de baixa tensión, miniaturizado e máis fiable, para complementar a nova invención do transistor.
Co desenvolvemento de materiais plásticos polos químicos orgánicos durante a segunda guerra mundial, a industria comezou a substituír o condensador de papel con películas de polímero delgadas. Un desenvolvemento inicial en condensadores de película descríbese na patente británica 587.953 de 1944. Último, pero non menos importante, é o condensador de dobre capa eléctrica ou supercondensador.
Funcionamento miniatura|esquerda|Vídeo explicativo sobre os condensadores. A carga almacenada nunha das placas é proporcional á diferenza de potencial entre esta placa e a outra, sendo a constante de proporcionalidade a chamada capacidade eléctrica. No Sistema internacional de unidades mídese en Faradios (F), sendo 1 faradio a capacidade dun condensador no que, sometidas as súas armaduras a unha diferenza de potencial de 1 voltio, estas adquiren unha carga eléctrica de 1 culombio.
A capacidade de 1 faradio é moito máis grande que a da maioría dos condensadores, polo que na práctica adóitase indicar a capacidade en micro- µF = 10−6, nano- nF = 10−9 ou pico- pF = 10−12 -faradios. Os condensadores obtidos a partir de supercondensadores (EDLC) son a excepción. Están feitos de carbón activado para conseguir unha grande área relativa e teñen unha separación molecular entre as "placas". Así conséguense capacidades da orde de centos ou miles de faradios. Un destes condensadores incorpórase no reloxo Kinetic de Seiko, cunha capacidade de 1/3 de faradio, facendo innecesaria a pila. Tamén se está utilizando nos prototipos de automóbiles eléctricos.
O valor da capacidade dun condensador vén definido pola seguinte fórmula:
onde: : Capacitancia ou capacidade. : Carga eléctrica almacenada na placa 1. : Diferenza de potencial entre a placa 1 e a 2.
Nótese que na definición de capacidade é indiferente que se considere a carga da placa positiva ou a da negativa, xa que
aínda que por convenio adóitase considerar a carga da placa positiva.
En canto ao aspecto construtivo, tanto a forma das placas ou armaduras como a natureza do material dieléctrico son sumamente variables. Existen condensadores formados por placas, usualmente de aluminio, separadas por aire, materiais cerámicos, mica, poliéster, papel ou por unha capa de óxido de aluminio obtido por medio da electrólise.
Enerxía almacenada Cando aumenta a diferenza de potencial entre os seus terminais, o condensador almacena carga eléctrica debido á presenza dun campo eléctrico no seu interior; cando esta diminúe, o condensador devolve dita carga ao circuíto. Matematicamente pódese obter que a enerxía , almacenada por un condensador con capacidade , que é conectado a unha diferenza de potencial , vén dada por:
Fórmula para calquera valores de tensión inicial e tensión final:
Onde é a carga inicial. é a carga final. é a tensión inicial. é a tensión final. Este feito é aproveitado para a fabricación de memorias, nas que se aproveita a capacidade que aparece entre a porta e a canle dos transistores MOS para aforrar compoñentes.
Carga e descarga
Ao conectar un condensador en serie cunha resistencia, a unha fonte de tensión eléctrica (ou comunmente, fonte de alimentación), a corrente empeza a circular por ambos. O condensador vai acumulando carga entre as súas placas. Cando o condensador está totalmente cargado, deixa de circular corrente polo circuíto. Se se quita a fonte e colócase o condensador e a resistencia en paralelo, as cargas empezan a fluír dunha das placas do condensador á outra a través da resistencia, ata que a carga ou enerxía almacenada no condensador é nula. Neste caso, a corrente circulará en sentido contrario ao que circulaba mentres o condensador estaba a cargarse. Carga
Descarga
Onde: V(t) é a tensión no condensador. Vi é a tensión ou diferenza de potencial eléctrico inicial (t=0) entre as placas do condensador. Vf é a tensión ou diferenza de potencial eléctrico final (a réxime estacionario t>=4RC) entre as placas do condensador. I(t) a intensidade de corrente que circula polo circuíto. RC é a capacitancia do condensador en faradios multiplicada pola resistencia do circuíto en ohmios, chamada constante de tempo.
En corrente alterna En CA, un condensador ideal ofrece unha resistencia ao paso da electricidade que recibe o nome de reactancia capacitiva, XC, cuxo valor vén dado pola inversa do produto da pulsación () pola capacidade, C:
Se a pulsación exprésase en radiáns por segundo (rad/s) e a capacidade en faradios (F), a reactancia resultará en ohmios.
De acordo coa lei de Ohm, a corrente alterna que circule polo condensador adiantarase 90º () respecto da tensión aplicada.
Asociacións de condensadores miniatura|300px|Asociación serie xeral. miniatura|300px|Asociación paralelo xeral. Os condensadores poden asociarse en serie, paralelo ou de forma mixta. Nestes casos, a capacidade equivalente resulta ser para a asociación en serie:
e para a asociación en paralelo:
É dicir, o sumatorio de todas as capacidades dos condensadores conectados en paralelo.
É fácil demostrar estas dúas expresións, para a primeira só hai que ter en conta que a carga almacenada nas placas é a mesma en ambos os condensadores (tense que inducir a mesma cantidade de carga entre as placas e por tanto cambia a diferenza de potencial para manter a capacitancia de cada un), e doutra banda na asociación en "paralelo", tense que a diferenza de potencial entre ambas as placas ten que ser a mesma (debido ao modo no que están conectados), así que cambiará a cantidade de carga. Como esta atópase no numerador () a suma de capacidades será simplemente a suma alxébrica.
Tamén vale lembrar que o cálculo da capacidade equivalente en paralelo é similar ao cálculo da resistencia de dous dispositivos en serie, e a capacidade en serie calcúlase de forma similar á resistencia en paralelo.
Condensadores variables Un condensador variable é aquel no cal se poida cambiar o valor da súa capacidade. No caso dun condensador plano, a capacidade pode expresarse pola seguinte ecuación:
onde: é a permitividade do baleiro ≈ 8,854187817... × 10−12 F·m−1; é a constante dieléctrica ou permitividade relativa do material dieléctrico entre as placas; A é a área efectiva das placas; e d é a distancia entre as placas ou espesor do dieléctrico. Para ter un condensador variable hai que facer que polo menos unha das tres últimas expresións cambien de valor. Deste xeito, pódese ter un condensador no que unha das placas sexa móbil, por tanto varía d e a capacidade dependerá dese desprazamento, o cal podería ser utilizado, por exemplo, como sensor de desprazamento.