Un capacitor es un dispositivo capaz de almacenar carga eléctrica y energía en un campo eléctrico. Está formado, idealmente, por dos conductores separados por un material aislante llamado dieléctrico.
La magnitud que caracteriza a un capacitor es su capacitancia:
Donde:
De esta relación:
Cuanto mayor sea la capacitancia, mayor será la carga que puede almacenar el capacitor para una misma diferencia de potencial.
Para dos placas de área , separadas una distancia :
Donde es la permitividad del material entre las placas.
En el vacío:
Por lo tanto, la capacitancia aumenta al aumentar el área de las placas y disminuye al aumentar su separación.
Un capacitor cargado almacena energía potencial eléctrica:
También puede escribirse como:
O bien:
La energía se mide en joule (J).
Todos los capacitores tienen la misma diferencia de potencial:
La capacitancia equivalente es:
Todos los capacitores almacenan la misma magnitud de carga:
La capacitancia equivalente cumple:
Un circuito RC está formado por un resistor de resistencia y un capacitor de capacitancia .
Al conectar el capacitor a una fuente de tensión continua, este no se carga instantáneamente. La resistencia limita la corriente y la carga aumenta progresivamente.
La rapidez del proceso está determinada por la constante de tiempo:
Donde:
Después de un tiempo , el capacitor alcanza aproximadamente el 63 % de su carga final.
Después de aproximadamente:
Se considera prácticamente completamente cargado o descargado.
Para una fuente de tensión constante , suponiendo que el capacitor está inicialmente descargado, la carga evoluciona según:
La tensión sobre el capacitor es:
La corriente disminuye con el tiempo:
Inicialmente:
Y para tiempos muy grandes:
Por lo tanto, una vez cargado, un capacitor ideal se comporta como un circuito abierto frente a corriente continua.
Si un capacitor inicialmente cargado a una tensión se conecta a una resistencia:
La carga disminuye como:
Y la magnitud de la corriente es:
Después de una constante de tiempo:
Es decir, queda aproximadamente el 37 % de la tensión inicial.
| Tiempo | Carga durante la carga | Carga durante la descarga |
|---|---|---|
| 63 % | 37 % | |
| 86 % | 14 % | |
| 95 % | 5 % | |
| 98 % | 2 % | |
| >99 % | <1 % |
La idea central de los circuitos RC es que el capacitor introduce una escala de tiempo : la tensión y la carga del capacitor no pueden cambiar instantáneamente, sino que evolucionan de manera exponencial.