La botella de Leyden es un dispositivo eléctrico realizado con una botella de vidrio que permite almacenar cargas eléctricas. Históricamente la botella de Leyden fue el primer tipo de condensador.
Dos conductores separados por un aislante (o vacío) constituyen un capacitor.
Cada conductor tiene inicialmente una carga neta cero, y los electrones son transferidos de un conductor al otro; a esta acción se le denomina cargar el capacitor. Por lo cual los dos conductores tienen cargas de igual magnitud y signo contrario, y la carga neta en el capacitor en su conjunto permanece igual a cero.
En los diagramas de circuito, un capacitor se representa con cualquiera de estos símbolos:
En cada uno de estos símbolos, las líneas verticales (rectas o curvas) representan los conductores, y las líneas horizontales representan los alambres conectados a uno y otro conductor. Una manera común de cargar un capacitor es conectar estos dos alambres a las terminales opuestas de una batería.
Una vez establecidas las cargas Q y -Q en los conductores, se desconecta la batería. Esto da una diferencia de potencial fija Vab entre los conductores, que es exactamente igual al voltaje de la batería.
El campo eléctrico en cualquier punto de la región entre los conductores es proporcional a la magnitud Q de carga en cada conductor. Por lo tanto, la diferencia de potencial Vab entre los conductores también es proporcional a Q.
La unidad del SI para la capacitancia es el farad (1 F), en honor del físico inglés del siglo XIX, Michael Faraday. De acuerdo con la ecuación, un farad es igual a un coulomb por volt:
La forma más sencilla de un capacitor consiste en dos placas conductoras paralelas, cada una con área A, separadas por una distancia d que es pequeña en comparación con sus dimensiones.
Cuando las placas tienen carga, el campo eléctrico está localizado casi por completo en la región entre las placas.
El campo entre esas placas es esencialmente uniforme, y las cargas en las placas se distribuyen de manera uniforme en sus superficies opuestas. Este arreglo recibe el nombre de capacitor de placas paralelas.
El campo es uniforme y la distancia entre las placas es d, por lo que la diferencia de potencial (voltaje) entre las dos placas es:
La capacitancia sólo depende de la geometría del capacitor; es directamente proporcional al área A de cada placa e inversamente proporcional a su separación d. Las cantidades A y d son constantes para un capacitor dado, y Eo es una constante universal. Así, con vacío la capacitancia C es una constante independiente de la carga en el capacitor o de la diferencia de potencial entre las placas.
Un capacitor eléctrico es un dispositivo que se utiliza para almacenar carga eléctrica en un campo eléctrico interno.
Se usan también para producir campos eléctricos como es el caso del dispositivo de placas paralelas que desvía los haces de partículas cargadas.
Tienen funciones importantes en los circuitos electrónicos, especialmente para voltajes y corrientes variables con el tiempo. Los condensadores son componentes fundamentales de los osciladores electromagnéticos para transmitir y recibir señales de radio y televisión.
Se conectan en serie dos capacitores mediante un cable conductor entre los puntos a y b. Al principio ambos capacitores están inicialmente sin carga. Cuando se aplica una diferencia de potencial Vab positiva y constante entre los puntos a y b, los capacitores se cargan; todas las placas conductoras tiene la misma magnitud. La placa superior de C1 adquiere una carga positiva Q. El campo eléctrico de esta carga positiva atrae carga negativa hacia la placa inferior de C1 hasta que todas las líneas de campo que comienzan en la placa superior terminan en la placa inferior. Para ello se requiere que la placa inferior tenga carga -Q. Estas cargas negativas tuvieron que venir de la placa superior de C2, la cual se carga positivamente con carga +Q. Luego, esta carga positiva atrae la carga negativa -Q desde la conexión en el punto b a la placa inferior de C2.
La carga total en la placa inferior de C1 y la placa superior de C2, en conjunto, debe ser siempre igual a cero porque tales placas sólo están conectadas una con otra y con nada más. Así, en una conexión en serie, la magnitud de la carga en todas las placas es la misma.
La capacitancia equivalente Ceq de la combinación en serie se define como la capacitancia de un solo capacitor para el que la carga Q es la misma que para la combinación, cuando la diferencia de potencial es la misma. En otras palabras, la combinación se puede sustituir por un capacitor equivalente de capacitancia Ceq.
Dos capacitores están conectados en paralelo entre los puntos a y b. En este caso, las placas superiores de los dos capacitores están conectadas mediante alambres conductores para formar una superficie equipotencial, y las placas inferiores forman otra. Entonces, en una conexión en paralelo, la diferencia de potencial para todos los capacitores individuales es la misma, y es igual a Vab=V.
C1 y C2 no son iguales, puesto que pueden llegar cargas a cada capacitor de manera independiente desde la fuente de voltaje Vab.
La combinación en paralelo es equivalente a un solo capacitor con la misma carga total Q= Q1 + Q2 y diferencia de potencial V que la combinación. La capacitancia equivalente de la combinación, Ceq, es la misma que la capacitancia Q/V de este único capacitor equivalente.
La capacitancia equivalente de una combinación en paralelo es igual a la suma de las capacitancias individuales.