
Il capacitore (dall'inglese "capacitor", è noto solo nell'italiano gergale come "condensatore") è un componente elettrico che ha la capacità di immagazzinare l'energia elettrostatica associata ad un campo elettrostatico.
Nella teoria dei circuiti il condensatore è un componente "ideale" che può mantenere la carica e l'energia accumulata all'infinito. Nei circuiti in regime sinusoidale permanente la corrente che attraversa un condensatore ideale risulta in anticipo di un quarto di periodo rispetto alla tensione che è applicata ai suoi morsetti.
Alessandro Volta intorno al 1780 compì numerose esperienze sull'elettricità. In una di queste, notò che lo scudo carico di un elettroforo perpetuo, appoggiato sulla superficie di alcuni materiali scarsamente conduttori, anziché dissipare la propria elettricità la conservava meglio che isolato in aria. 
Si convinse allora che l'afflusso di carica sulla superficie prossima a quella dello scudo richiama carica sulla superficie affacciata di quest'ultimo. Due dischi metallici, delle stesse dimensioni, così che uno può essere sovrapposto all'altro in modo da combaciare perfettamente, compongono quello che Volta stesso chiama "condensatore di elettricità".
Un condensatore (indicato abitualmente con "C") è generalmente costituito da una coppia di conduttori (armature o piastre) separati da un isolante (dielettrico). La carica è immagazzinata sulla superficie delle piastre, sul bordo a contatto con il dielettrico. Quindi all'esterno si avrà un campo elettrico pari a zero a causa dei due campi, uno positivo e uno negativo, che hanno per l'appunto stesso modulo ma segno (verso) opposto, mentre all'interno del dispositivo due volte il campo elettrico perché entrambi i campi, sia quello positivo sia quello negativo, hanno stesso modulo e stesso verso. L'energia elettrostatica che il condensatore accumula si localizza nel materiale dielettrico che è interposto fra le armature.
Se si applica una tensione elettrica alle armature, le cariche elettriche si separano e si genera un campo elettrico all'interno del dielettrico. L'armatura collegata al potenziale più alto si carica positivamente, negativamente l'altra. Le cariche positive e negative sono uguali e il loro valore assoluto costituisce la carica "Q" del condensatore. La carica è proporzionale alla tensione applicata e la costante di proporzionalità è una caratteristica di quel particolare condensatore che si chiama "capacità elettrica" e si misura in farad:
Ossia la capacità è uguale al rapporto tra la carica elettrica fornita Q e la tensione elettrica applicata ΔV.
La capacità di un condensatore piano (armature piane e parallele) è proporzionale al rapporto tra la superficie "S" di una delle armature e la loro distanza "d". La costante di proporzionalità è una caratteristica dell'isolante interposto e si chiama permittività elettrica assoluta e si misura in farad/m.
La capacità di un condensatore piano a facce parallele è quindi:
In figura non sono rappresentati i cosiddetti "effetti di bordo" ai confini delle facce parallele dove le linee di forza del campo elettrico da una faccia all'altra non sono più rettilinee ma via via più curve.
L'energia immagazzinata in un condensatore è pari al lavoro fatto per caricarlo. Si consideri, ora, un condensatore con capacità "C", con carica "+q" su una piastra e -"q" sull'altra. Per muovere un piccolo elemento di carica "dq" da una piastra all'altra sotto l'azione della differenza di potenziale "V"="q/C", il lavoro necessario è "dW":
Integrando questa equazione, infine, si può determinare l'energia potenziale "U" immagazzinata dal condensatore. Gli estremi dell'integrazione saranno 0, ovvero un condensatore scarico, e "Q", ovvero la carica immessa sui piatti del condensatore:
Le due piastre del condensatore sono caricate con cariche di segno opposto, quindi esiste un campo elettrico E fra le piastre. Tale campo E istante per istante è direttamente proporzionale all'energia "U" che si trova nel condensatore e inversamente proporzionale alla distanza "d" fra le piastre. 
Questo risultato vale sia nel caso in cui il condensatore sia collegato a un circuito esterno che mantenga costante la tensione fra le piastre, che nel caso in cui il condensatore sia isolato e sia costante la carica sulle piastre.
La capacità di un condensatore aumenta se fra le piastre viene inserito un dielettrico con una buona
costante dielettrica. In tal caso, se il condensatore è isolato e la carica rimane costante, l'energia
immagazzinata nel condensatore scende e questa energia fornisce il lavoro necessario per "risucchiare" il dielettrico dentro il condensatore. Una lastra di dielettrico che si inserisce esattamente nello spazio tra le piastre viene risucchiata con una forza "F" non costante che dipende dalla lunghezza "x" della porzione di lastra già entrata fra le piastre. È facile dimostrare che tale forza è:
Dove formula_7 è la costante dielettrica relativa della lastra, formula_8 è l'energia nel condensatore all'inizio dell'inserzione (formula_9) e formula_10 è la corsa del dielettrico (ovvero per formula_11 il dielettrico è completamente inserito).
La situazione cambia se il dielettrico è inserito mentre il condensatore è collegato a un circuito che mantenga costante la tensione tra le piastre. In tal caso la forza di risucchio rimane costante e non dipende da "x" e vale:
Il condensatore è un componente di grande importanza e utilizzo all'interno dei circuiti elettrici. Nel seguito si espone il suo comportamento sia in corrente continua sia in corrente alternata.
Dal momento che gli elettroni non possono passare direttamente da una piastra all'altra attraverso il dielettrico che le separa, il condensatore costituisce una discontinuità elettrica nel circuito: quando viene applicata una differenza di potenziale a un condensatore utilizzando un generatore, le due armature si caricano di una quantità "Q" uguale in modulo, ma di segno opposto indotta da un'armatura all'altra. Se la differenza di potenziale è variabile nel tempo si produce inoltre una corrente virtuale indotta, detta corrente di spostamento. Nel dielettrico si assiste al fenomeno della polarizzazione: le cariche si dispongono a formare un dipolo elettrico.
Sapendo che la differenza di potenziale tra le armature è direttamente proporzionale alla carica accumulata su di esse e inversamente proporzionale alla capacità del dispositivo, si ottiene che l'espressione per la tensione è:
prendendo la derivata e moltiplicando per la capacità "C" si ottiene l'espressione per la corrente:
Questa formula equivale alla definizione fisica di corrente di spostamento scritta in termini di potenziale variabile nel tempo anziché in termini di campo elettrico variabile nel tempo. Le due precedenti espressioni costituiscono le relazioni costituitive del condensatore in un circuito elettrico.
Se scriviamo formula_15 come formula_16, valida per un condensatore piano, si nota che il campo formula_17 indotto sulle facce del condensatore diminuisce all'aumentare della distanza formula_18 tra le armature, e quindi è inversamente proporzionale alla capacità elettrica formula_19: la capacità indica quindi un accumulo di energia elettrica nel condensatore stesso.
Quando si montano "n" condensatori in parallelo su ognuno di essi si misurerà la medesima caduta di potenziale. La capacità equivalente formula_20 sarà, quindi, data dalla formula:
Quando si montano "n" condensatori in serie, attraverso ognuno di essi passerà la stessa carica istantanea (in regime dinamico, la stessa corrente), mentre la caduta di potenziale sarà differente da condensatore a condensatore; in particolare, essendo formula_22, a parità di Q la tensione maggiore sarà localizzata ai morsetti della capacità minore. La capacità equivalente totale formula_20 sarà pertanto definita dalla seguente relazione:
In regime di tensione costante (o corrente costante, indicato con la sigla "DC"), il condensatore si carica nel transitorio e a regime raggiunge una situazione di equilibrio dove la carica sulle armature corrisponde esattamente alla caduta di potenziale V applicata moltiplicata per la capacità C secondo la relazione "Q"="CV"; in tal caso, a regime, il condensatore si comporta come un 'circuito aperto' ovvero interrompe ogni flusso di corrente all'interno del circuito (se però la tensione applicata supera il valore di rigidità dielettrica del dielettrico, la 'rottura' di quest'ultimo provoca il rilascio impulsivo di corrente elettrica e il condensatore si scarica quasi istantaneamente comportandosi come un semplice resistore). Al cessare dell'eccitazione sul circuito l'energia elettrica accumulata nel condensatore torna a scaricarsi sotto forma di corrente elettrica rilasciata nel circuito.
Un circuito RC composto da un resistore e un condensatore in serie a un generatore che fornisce una differenza di potenziale "V" è detto "circuito di carica".
Posto il condensatore inizialmente scarico, segue dalle leggi di Kirchhoff:
derivando e moltiplicando per "C" si ottiene l'equazione differenziale ordinaria del primo ordine:
A "t" = 0, la tensione ai capi del condensatore è nulla e la tensione ai capi della resistenza è "V". La corrente iniziale è dunque "i" (0) ="V" /"R", ossia la corrente nel resistore, pertanto:
e sostituendo nella relazione Vo = Vr(t)+ Vc(t)= R i(t)+ Vc(t), si ottiene per Vc(t):
dove "τ" = "RC" è la costante di tempo del sistema. La precedente relazione rappresenta la legge di carica di un condensatore, che ha dunque un andamento esponenziale, e con lo stesso ragionamento si ottengono le equazioni di scarica di un condensatore.
In regime di tensione a corrente alternata (AC) questa induce invece variazioni di potenziale in corrispondenza delle quali le armature si caricano e si scaricano in continuazione per induzione elettrostatica generando ai suoi capi una corrente variabile (alla stessa frequenza dell'eccitazione) che circola poi nel circuito.
A partire dalla relazione:
e posto:
segue che:
ottenendo
Il rapporto tra la tensione e la corrente ai capi del condensatore vale formula_33, e si osserva che la tensione alternata sfasa la corrente di -90 gradi. Esprimendo il rapporto in forma polare, si ottiene l'espressione dell'impedenza caratteristica del dispositivo:
che applicando la formula di Eulero diventa:
dove "j" è l'unità immaginaria, "f" è la frequenza della AC misurata in hertz e "C" la capacità, misurata in farad.
A meno di fenomeni parassiti di dissipazione comunque presenti nei casi reali, il condensatore ideale ha dunque impedenza puramente immaginaria pari alla sua reattanza, indicando con essa la sua capacità di immagazzinare energia elettrica.
Nella legge di Ohm in forma simbolica si considera inoltre l'operatore fasoriale:
dove "X" è la reattanza capacitiva, misurata in ohm, che può essere considerata come analoga a una sorta di resistenza che il condensatore oppone alla corrente e dipende dalla frequenza della AC. Si osserva inoltre che:
La reattanza è così chiamata poiché il condensatore non dissipa potenza, ma semplicemente accumula energia per poi rilasciarla nel transitorio finale. Nei circuiti elettrici, come in meccanica, il condensatore costituisce un carico reattivo, dal momento che immagazzina l'energia e la rilascia alla fine, "reagendo" così alle variazioni di tensione nel circuito. È anche significativo che l'impedenza sia inversamente proporzionale alla capacità, a differenza dei resistori e degli induttori per cui le impedenze sono linearmente proporzionali a resistenza e induttanza rispettivamente.
In un circuito sintonizzato, come un radio ricevitore, la frequenza selezionata è una funzione della serie tra l'induttanza "L" e la capacità "C":
Questa è la frequenza alla quale si trova la risonanza in un circuito RLC.
Come descritto sopra, la reattanza del condensatore fa sì che la corrente sia sfasata in anticipo di 90° rispetto alla tensione. Tuttavia, vari fattori di perdita fanno sì che questo angolo sia leggermente inferiore al caso ideale di 90°. Viene definito di conseguenza l'angolo δ dato dalla differenza tra i 90° ideali e il reale angolo di sfasamento φ. Nelle specifiche tecniche di alcuni condensatori possono esservi due parametri: cos φ e/o tan δ.
Entrambi tendono a 0 per φ che tende al valore ideale di 90°, quindi quanto più sono piccoli, tanto migliore è la qualità del condensatore;
tan δ è anche detto fattore di dissipazione DF e rappresenta il rapporto tra i moduli delle correnti resistiva e reattiva a una certa frequenza (tipicamente 1 kHz).
Il condensatore ha molte applicazioni, quasi tutte nei campi dell'elettronica e dell'elettrotecnica.
I condensatori di rifasamento hanno lo scopo di ridurre la reattanza di un bipolo elettrico e abbassare quindi lo sfasamento fra corrente e tensione alternate (vedi potenza reattiva). A tal fine vengono collegati in parallelo allo stesso, formando un circuito LC accordato sulla frequenza della tensione di alimentazione. Essi possono essere impiegati per bilanciare la reattanza induttiva dei grandi motori elettrici (rifasamento industriale) o per compensare la potenza reattiva circolante sulle reti di trasmissione e di distribuzione (rifasamento di rete). Per tali impieghi vengono installati banchi trifase di condensatori, dove ogni fase è formata da più unità capacitive.
Vengono, inoltre usati come condensatori di avviamento e condensatori di fase per permettere la partenza dei motori asincroni bifase alimentati da reti monofase, che presenterebbero, senza di essi, una coppia di spunto uguale a zero. In tal caso il condensatore, sfasando la corrente di 90 gradi rispetto alla tensione, alimenta un avvolgimento ausiliario: si forma un campo magnetico rotante con coppia motrice diversa da zero, permettendo quindi l'avviamento del motore. Una volta avviato si può rimuovere l'alimentazione a quella fase (avvolgimento della seconda fase e condensatore) del motore, nei sistemi automatizzati viene utilizzato un interruttore/disgiuntore centrifugo.
Nei circuiti elettronici, il condensatore è utilizzato per la sua peculiarità di lasciar passare le correnti variabili nel tempo, ma di bloccare quelle costanti: tramite un condensatore si può fare in modo di unire o separare a volontà i segnali elettrici e le tensioni di polarizzazione dei circuiti, usando i condensatori come bypass o come disaccoppiamento. Un caso particolare di condensatore di bypass è il condensatore di livellamento, usato nei piccoli alimentatori.
Nei condensatori reali, oltre alle caratteristiche ideali si deve tenere conto di fattori come la tensione massima di funzionamento, determinata dalla rigidità dielettrica del materiale isolante, della resistenza e induttanza parassite, della risposta in frequenza e delle condizioni ambientali di funzionamento ("deriva"). La perdita dielettrica inoltre è la quantità di energia persa sotto forma di calore nel dielettrico non ideale. La corrente di perdita è invece la corrente che fluisce attraverso il dielettrico, che in un condensatore ideale è invece nulla.
Sono disponibili in commercio molti tipi di condensatori, con capacità che spaziano da pochi picofarad a diversi farad e tensioni di funzionamento da pochi volt fino a molti kilovolt. In generale, maggiore è la tensione e la capacità, maggiori sono le dimensioni, il peso e il costo del componente.
Il valore nominale della capacità è soggetto a una tolleranza, ovvero un margine di scostamento possibile dal valore dichiarato. La tolleranza spazia dall'1% fino al 50% dei condensatori elettrolitici.
I condensatori sono classificati in base al materiale con cui è costituito il dielettrico, con due categorie: a dielettrico solido e a ossido metallico (detti condensatori elettrolitici).
A seconda delle caratteristiche di capacità e tensione desiderate, e dell'uso che ne deve essere fatto, esistono diverse categorie di condensatori: in mylar, al tantalio, condensatori elettrolitici, ceramici, variabili in aria, diodi varicap, ecc.
In alcuni condensatori d'epoca, la capacità è indicata in centimetri anziché in farad. Questo è dovuto all'utilizzo del Sistema CGS, che prevede appunto la capacità elettrica in cm. In questo caso, la capacità di 1 cm equivale a 1,113 picofarad.
È prassi comune nell'industria riempire zone di circuito stampato non utilizzate con aree di uno strato collegate a massa e di un altro strato collegato all'alimentazione: si realizza così un condensatore distribuito e nel contempo si aumenta la superficie utile alle piste di alimentazione.
Nei condensatori elettrolitici non è presente un materiale dielettrico, ma l'isolamento è dovuto alla formazione e mantenimento di un sottilissimo strato di ossido metallico sulla superficie di una armatura a contatto con una soluzione chimica umida
Vista la esiguità del dielettrico, non possono sopportare tensioni molto alte.
A differenza dei condensatori comuni, la sottigliezza dello strato di ossido consente di ottenere, a parità di dimensioni, capacità molto più elevate. Per contro, occorre adottare particolari accorgimenti per conservare l'ossido stesso.
I condensatori elettrolitici più comuni si basano sulla passivazione dell'alluminio, cioè sulla comparsa di una pellicola isolante di ossido, estremamente sottile, che fa da dielettrico fra il metallo e una soluzione elettrolitica acquosa: per questo, essi hanno una polarità ben precisa che deve essere rispettata, pena il cedimento dell'isolamento e la possibilità di esplosione del condensatore.
Causa di guasto di tali dispositivi è spesso anche il disseccamento della soluzione chimica.
Per consentire l'utilizzo dei condensatori elettrolitici in corrente alternata, si usa connettere due condensatori identici in antiserie, ovvero connessi in serie con la stessa polarità in comune (positivo con positivo o negativo con negativo), lasciando disponibili per la connessione al circuito due terminali della stessa polarità.
La capacità di un condensatore elettrolitico non è definita con precisione come avviene nei condensatori a isolante solido. Specialmente nei modelli in alluminio è frequente avere la specifica "valore minimo garantito", senza un limite massimo alla capacità. Questo non rappresenta un limite per la maggior parte delle applicazioni, come il filtraggio dell'alimentazione dopo il raddrizzamento o l'accoppiamento di segnale.
Esistono diversi tipi di condensatori elettrolitici, sempre in base al tipo di dielettrico:
Un compensatore è un condensatore la cui capacità può essere variata intenzionalmente e ripetutamente entro un intervallo caratteristico. L'applicazione tipica si ha nei circuiti di sintonia delle radio, per variare la frequenza di risonanza di un circuito RLC.
Esistono due categorie di condensatori variabili:
La variazione di capacità è sfruttata anche in alcune applicazioni per convertire un dato fisico in un segnale elettrico:
Solitamente può essere regolato da al dato di targa; quelli più diffusi in mercato raggiungono capacità molto basse, solitamente tra i e gli , molto più raramente si trovano quelli con capacità intorno ai .
Condensatori a film:
Se il codice del tipo di componente è preceduto da una 'M' , si tratta di un film/foglio metallizzato e il condensatore è molto stabile; la sua assenza (oppure una 'F' se il componente è della WIMA Tedesca) indica un foglio metallico d'interconnessione e che il componente è destinato alle alte correnti.
I condensatori per gli impieghi in alta tensione (oltre 1 kV) sono costituiti da "unità capacitive", che vengono collegate in serie e in parallelo in modo da ottenere la reattanza capacitiva richiesta.
Le unità capacitive sono formate da "elementi capacitivi", a loro volta collegati in parallelo e in serie tra loro. L'elemento capacitivo è un pacco di sottili strati alternati di materiale conduttore (solitamente alluminio) e di isolante (solitamente polipropilene), immersi in un liquido isolante (olio minerale). Ogni pacco è dotato di un fusibile, sottile filo conduttore che interrompe il passaggio di corrente in caso di scarica tra diversi strati conduttori del pacco. L'unità capacitiva è dotata internamente di una resistenza di scarica posta tra i suoi terminali.


Un isolatore è uno strumento, un materiale o un corpo che ha la funzione, per l'appunto, di isolare, ossia di impedire — o grandemente ridurre — il propagarsi di una grandezza fisica. In relazione al tipo di grandezza fisica che isolano, si possono avere
Gli isolatori elettrici sono dispositivi che permettono di separare elettricamente un conduttore elettrico da altri materiali conduttori. Un caso comune è l'utilizzo per sostenere meccanicamente dei conduttori sospesi (cavo nudo, ovvero senza isolante) sulla struttura di supporto (esempio un palo o un traliccio), evitando dispersioni di corrente sulla struttura stessa. Possono essere realizzati con dischi in vetro o altro materiale ad alta rigidità dielettrica (ovvero che resistono a forte differenza di tensione senza produrre perforazione elettrica). Forme e dimensioni sono estremamente variabili: dai piccoli rocchetti di circa 1 cm, usati una volta negli impianti elettrici delle abitazioni, alle lunghe catene di i. sospesi, pesanti diversi quintali e lunghe qualche metro, per le linee di alta ed altissima tensione. I materiali tradizionali per la realizzazione degli isolatori elettrici sono il vetro e la ceramica, cui si sono affiancati, negli anni '70 e '80 i cd. materiali compositi, di origine sintetica. Da ricordare comunque che gli i. in ceramica sono mediamente più resistenti meccanicamente, di quelli in vetro, che però risultano essere maggiormente usati, per i minori costi di fabbricazione, dovuti essenzialmente alla pressoché totale assenza di scarti di lavorazione. (nella foto due isolatori modello 1/1920 di fabbricazione italiana in vetro verde prodotti da MIVA o da BORGO/FIDENZA). Esistono diversi criteri per la classificazione degli i.: i. per interno o per esterno, passanti o portanti, rigidi o sospesi, per bassa, media, alta tensione, telegrafici, telefonici, terminali, ecc. Per ultimo, da sapere che in questi ultimi anni sì è sviluppato (ed istituzionalizzato, con la creazione di una apposita associazione) il collezionismo di i. elettrici.
Dispositivo per isolare una struttura o costruzione dalle vibrazioni provocate da un movimento sismico. Gli isolatori sismici utilizzano varie tecniche tutte orientate a ridurre l'intensità delle oscillazioni indotte sulla struttura dalle vibrazioni o movimenti del terreno.
Permette di variare la rigidezza equivalente della struttura modificandone il periodo proprio di vibrazione.
Componente introdotto in un apparato, motore, elettrodomestico, costruzione o altro dispositivo, al fine di minimizzare il trasferimento di calore, al fine di proteggere da alte o basse temperature.
Componente inserito tra una fonte di rumore e una zona sensibile al rumore stesso, al fine di limitare il trasferimento di potenza acustica.
Gli isolatori a microonde sono dispositivi elettronici passivi che tramite l'interazione di un segnale elettrico con un campo magnetico permanente (ottenuto con magneti) realizzano una funzione di trasferimento unidirezionale, permettendo cioè il passaggio del segnale solo in una direzione, introducendo una forte attenuazione ai segnali che si propagano in direzione opposta. Sono comunemente utilizzati nei sistemi di comunicazione a microonde (Ponti radio) per proteggere gli amplificatori dal ritorno di potenza per riflessione da disadattamento di impedenza dei circuiti a valle o dell'antenna.
Dispositivi basati sullo stesso principio di funzionamento sono i circolatori, dispositivi a tre porte che hanno la caratteristica di permettere il transito dei segnali in modo circolare (porto A->B, B->C, C->A) e che sono per esempio utilizzati per accoppiare alla stessa antenna un trasmettitore ed un ricevitore isolando al contempo il ricevitore dal trasmettitore (permessi con bassa perdita i transiti: Trasmettitore -> Antenna, Antenna -> Ricevitore, Ricevitore -> Trasmettitore in cui quest'ultimo non ha rilevanza ma attenua fortemente il transito Trasmettitore->Ricevitore).
Un isolatore ottico, o 'diodo ottico', è un componente ottico che consente la trasmissione di luce in una sola direzione.
È tipicamente utilizzato per scongiurare retroriflessioni indesiderate in un oscillatore ottico, come una cavità laser. Il funzionamento del dispositivo si basa sull'effetto Faraday (a sua volta generato dall'effetto magneto-ottico), che è sfruttato nel componente principale dell'isolatore ottico, il rotatore di Faraday.
Dispositivo che permette di separare dal punto di vista elettrico due apparati elettronici, pur permettendo il trasferimento di segnali. In pratica l'isolatore ottico realizza una conversione di segnale elettrico in ottico e viceversa, trasferendo l'informazione senza realizzare contatto fra parti metalliche, ed evitando quindi ogni rischio di scariche dannose tra i due apparati in comunicazione. Sono particolarmente importanti in ambienti soggetti a forti campi elettrici e/o magnetici che possono provocare correnti indesiderate tra circuiti.´
Un museo di isolatori si trova in una ex-cabina del trasformatore (monumento nazionale) in Lohr am Main nella via “Haaggasse". Questo è il più piccolo museo della Germania.
