Um capacitor é composto de dois condutores capazes de manter um carga elétrica e separados por uma mídia isolante.
A Figura mostra um capacitor simples, composto de duas placas de metal separadas pelo ar.
O ar, ou algum outro material isolante, entre as placas de um capacitor é chamado de dielétrico.
Quando as placas de um capacitor são conectadas a uma fonte de tensão, o capacitor se torna carregado.
Essa carga consiste em um excesso de elétrons na placa negativa e uma deficiência correspondente de elétrons na placa positiva.
Se o capacitor é desconectado da fonte de tensão, a carga permanece no capacitor por um determinado período de tempo, dependendo da natureza do dielétrico.
Quando um capacitor é carregado, desenvolve-se um campo elétrico estático pelo dielétrico, causando a coleta de uma carga positiva em uma placa e uma carga negativa na outra.
A energia é armazenada no campo eletrostático entre as placas.
A capacidade de um capacitor de armazenar uma carga estática é conhecida como capacitância, medida em uma unidade chamada de farad.
A menos que haja um vácuo completo entre as placas, o material dielétrico entre as placas de um capacitor é composto de um grande número de átomos.
Isso é verdade independentemente do dielétrico ser gasoso, líquido ou sólido.
Como o dielétrico é um isolante, é precisa uma tensão altíssima para fazer com que os elétrons livres se soltem dos átomos do dielétrico e se movam através do material.
Quando o capacitor é carregado, existe uma tensão entre as placas que atua sobre o dielétrico.
Durante a operação normal, a tensão não é grande o suficiente para fazer com que os elétrons no dielétrico se separem de seus átomos, mas ela ainda faz com que se desloquem uma pequena distância em suas órbitas.
Esse deslocamento dos elétrons em direção à placa positiva do capacitor cria o chamado estresse dielétrico, que pode ser comparado a uma presilha de borracha sendo esticada.
O estresse dielétrico é pelo menos parcialmente responsável pela força que faz com que o capacitor se desloque.
A Figura mostra a operação básica de um capacitor; consulte esse diagrama durante a discussão a seguir.
Se a chave é movida para a posição A, o capacitor é carregado pela bateria.
O capacitor mantém essa carga enquanto conectado à bateria ou se a chave é movida para a posição B.
Quando a chave é movida para a posição C, o capacitor se descarrega, enviando uma corrente através da lâmpada.
O capacitor continua a iluminar a lâmpada até que o capacitor seja descarregado.
Na prática, os capacitores mais utilizados conseguem armazenar apenas uma pequena quantidade de energia elétrica, então a lâmpada desse circuito se iluminaria apenas por um breve período, talvez menos de um segundo.
Obviamente, é importante determinar a dimensão de qualquer capacitor para se adaptar às necessidades específicas do circuito.
A construção de capacitores pode variar bastante, mas todos contêm pelo menos dois condutores elétricos separados por um dielétrico (isolador).
Um capacitor comum é composto de duas folhas de metal separadas por uma fina camada de filem isolante.
A folha se torna as “placas” condutoras que podem armazenar uma carga elétrica.
Os capacitores são bastante utilizados em aeronaves como parte de circuitos elétricos ou eletrônicos.
Os capacitores são utilizados para bloquear correntes contínuas ao mesmo tempo que permitem a passagem de correntes alternadas, para harmonizar a tensão de saída de suprimentos de potência, alternadores e geradores e em circuitos ressonantes que sintonizam rádios a determinadas frequências.
A capacitância é maior quando há uma separação mais estreita entre grandes áreas do condutor (placas).
Na prática, o dielétrico entre as placas deixa passar uma pequena quantidade de corrente vazada e também possui um limite de força do campo elétrico.
Se esse limite é excedido, o dielétrico se rompe e muito provavelmente destrói a habilidade do capacitor de armazenar uma carga.
Essa ruptura ocorre quando o capacitor é sujeitado a uma tensão acima de sua capacidade nominal.
O estudo da analogia hidráulica mostrada na Figura abaixo permite um entendimento claro sobre a operação de um capacitor.
O capacitor é representado por um câmara separada em duas seções iguais por um diafragma elástico, que representa o dielétrico.
Essas câmaras são conectadas a uma bomba centrífuga por meio de canos.
A bomba representa o gerador em um circuito elétrico e a válvula de um dos canos representa uma chave.
Quando a bomba gira, ela força a água para dentro de uma das câmaras e estica o diafragma.
A água da outra câmara, por sua vez, flui em direção à bomba.
Uma das câmaras contém mais água do que a outra, enquanto o diafragma, por estar esticado, mantém o diferencial de pressão entre elas.
Quando a pressão do diafragma é igual à pressão da bomba, a água para de fluir e a câmara está “carregada”.
Se a válvula é fechada, o diafragma mantém o diferencial de pressão entre as seções da câmara.
No circuito elétrico correspondente, os elétrons são forçados em uma placa do capacitor e extraídos da outra placa.
Quando a diferença de potencial entre as placas é igual à tensão do gerador, o fluxo de corrente para e o capacitor é carregado.
Agora a chave pode ser aberta e a carga permanecerá no capacitor.
Tanto o capacitor quanto a câmara hidráulica pressurizada continuam a armazenar energia potencial até esta ser liberada.
No caso do capacitor, ela pode ser descarregada em outro circuito, como um resistor.
No caso da água, ela pode equalizar a pressão quando flui para fora do lado de alta pressão do diafragma elástico.