duimnael|regs|350px|Verskeie soorte kapasitors. Van links: meerlaagkeramiek, keramiekskyf, meerlaag-poliësterfilm, buisvormig keramiek, poliestireen, gemetalliseerde poliësterfilm en aluminium-elektrolities. Die hoofskaalverdelings is in sentimeter. duimnael|regs|180px|Die algemene stroombaansimbool vir 'n kapasitor
'n Kapasitor is 'n elektroniese komponent wat energie stoor in die vorm van 'n elektriese veld. Die elektriese veld word gegenereer tussen twee geleiers as gevolg van teenoorgestelde elektriese lading wat op die verskillende geleiers geplaas word. Dit is 'n passiewe komponent met twee aansluitpunte, en dit was oorspronklik as 'n kondensator bekend – 'n term wat in Afrikaans steeds in sommige samestellings voorkom, soos die kondensatormikrofoon.
Die nut van 'n kapasitor hang van sy kapasitansie af. Hoewel daar tot 'n mate kapasitansie tussen enige twee geleiers bestaan wat naby mekaar in 'n stroombaan lê, is 'n kapasitor 'n komponent wat spesifiek ontwerp is om kapasitansie by 'n deel van die stroombaan te voeg.
Die fisiese vorm en konstruksie van praktiese kapasitors verskil aansienlik, en verskeie soorte is algemeen in gebruik. Die meeste kapasitors bevat minstens twee geleiers, gewoonlik in die vorm van metaalplate of -oppervlaktes wat deur 'n diëlektriese medium geskei word. 'n Geleier kan 'n metaalfoelie, 'n dun film, 'n gesinterde metaalkorrel of 'n elektroliet wees. Materiale wat algemeen as diëlektrikum gebruik word, is onder meer glas, keramiek, plastiekfilm, papier, mika, lug en oksiedlae. Wanneer 'n spanning oor die aansluitpunte van 'n kapasitor aangelê word – byvoorbeeld deur dit oor 'n battery te koppel – ontwikkel daar 'n elektriese veld oor die diëlektrikum, wat veroorsaak dat 'n netto positiewe lading op die een plaat en 'n netto negatiewe lading op die ander plaat versamel. Deur 'n perfekte diëlektrikum vloei daar geen stroom nie, maar in die bronstroombaan vloei daar wel lading; as die toestand lank genoeg gehandhaaf word, hou dié stroom op. Word 'n spanning aangelê wat met tyd verander, ondervind die bron 'n voortdurende stroom weens die herhaalde laai en ontlaai van die kapasitor.
Kapasitors word wyd in elektriese stroombane in alledaagse toestelle gebruik. In teenstelling met 'n resistor verkwis 'n ideale kapasitor nie energie nie, al verkwis werklike kapasitors 'n klein hoeveelheid. Vandag word kapasitors gebruik om gelykstroom te blokkeer terwyl wisselstroom deurgelaat word, om die uittree van kragtoevoere te stryk, om radio's in resonansiestroombane op bepaalde frekwensies in te stel en om spanning en kragvloei in kragoordragstelsels te stabiliseer. Die vermoë van kapasitors om energie te stoor, is in vroeë digitale rekenaars as dinamiese geheue benut en word vandag steeds in DRAM gebruik.
Die bekendste natuurlike voorbeeld van kapasitansie is die statiese lading wat tussen wolke en die aardoppervlak opbou, met die lug tussen hulle as diëlektrikum. Wanneer die deurslagspanning van die lug oorskry word, volg 'n weerligstraal.
Geskiedenis duimnael|links|'n Battery van vier Leidse flesse in Museum Boerhaave, Leiden, Nederland In Oktober 1745 het Ewald Georg von Kleist van Pommere in Duitsland gevind dat lading gestoor kan word deur 'n hoogspanning-elektrostatiese kraggenerator met 'n draad aan 'n volume water in 'n glasfles in die hand te koppel. Von Kleist se hand en die water het as geleiers gedien en die fles as diëlektrikum, hoewel die besonderhede van die meganisme destyds verkeerd verklaar is. Hy het gevind dat 'n aanraking van die draad 'n kragtige vonk gelewer het wat baie pynliker was as dié van 'n elektrostatiese masjien. Die volgende jaar het die Nederlandse fisikus Pieter van Musschenbroek 'n soortgelyke toestel uitgevind, wat ná die Universiteit van Leiden – waar hy gewerk het – die Leidse fles genoem is. Hy was so beïndruk deur die skok wat hy gekry het dat hy geskryf het dat hy nie 'n tweede skok sou verduur nie, selfs nie vir die koninkryk van Frankryk nie.
Daniel Gralath was die eerste wat verskeie flesse parallel gekoppel het om die ladingskapasiteit te verhoog. Benjamin Franklin het die Leidse fles ondersoek en tot die gevolgtrekking gekom dat die lading in die glas gestoor word en nie in die water nie, soos ander aangeneem het. Hy het ook die term "battery" ingevoer – na analogie van 'n battery kanonne, waar 'n ry gelyksoortige eenhede die vermoë vergroot – wat later op groepe elektrochemiese selle toegepas is. In 1747 is Leidse flesse gemaak deur die binne- en buitekant van flesse met metaalfoelie te bedek en 'n oop ruimte by die mond te laat om vlamboë tussen die foelies te verhoed. Die vroegste eenheid van kapasitansie was die "fles" (jar), gelykstaande aan sowat 1,11 nanofarad.
duimnael|'n Advertensie uit die uitgawe van 28 Desember 1923 van The Radio Times vir Dubilier-kondensators vir gebruik in draadlose ontvangers Leidse flesse, of kragtiger toestelle met plat glasplate wat met foeliegeleiers afwissel, is tot omtrent 1900 uitsluitlik gebruik. Die uitvinding van die draadlose telegraaf (radio) het toe 'n vraag na standaardkapasitors geskep, en die geleidelike beweging na hoër frekwensies het kapasitors met laer induktansie vereis. Kompakter konstruksiemetodes het in gebruik gekom, soos 'n buigsame diëlektriese blad (byvoorbeeld geoliede papier) tussen lae metaalfoelie, wat opgerol of gevou is om 'n klein pakkie te vorm.
Vroeë kapasitors was as kondensators bekend, 'n term wat vandag nog by hoëkragtoepassings soos motorvoertuigstelsels gebruik word. Alessandro Volta het die woord condensatore in 1780 gebruik vir 'n toestel, soortgelyk aan sy elektroforus, wat hy ontwikkel het om elektrisiteit te meet; dit is in 1782 as condenser vertaal. Die naam het verwys na die vermoë van die toestel om 'n hoër digtheid elektriese lading te stoor as wat met 'n geïsoleerde geleier moontlik was. Die term het in onbruik verval weens die dubbelsinnigheid met die stoomkondensator, en die Britse Ingenieursstandaardevereniging het in 1926 die woord capacitor aanbeveel, hoewel dit etlike dekades geneem het voordat dit die oorhand gekry het.British Engineering Standards Association: British Standard Glossary of Terms Used in Electrical Engineering, C. Lockwood & Son, 1926.
Sedert die begin van die studie van elektrisiteit is nie-geleidende materiale soos glas, porselein, papier en mika as isolators gebruik; dekades later was dié materiale ook goed geskik as diëlektrikum vir die eerste kapasitors. Papierkapasitors, gemaak deur 'n strook geïmpregneerde papier tussen metaalstroke te plaas en die geheel in 'n silinder op te rol, is in die laat 19de eeu algemeen gebruik. Die vervaardiging daarvan het in 1876 begin, en van die vroeë 20ste eeu af is hulle as ontkoppelkapasitors in die telefonie gebruik.
Porselein is in die eerste keramiekkapasitors gebruik. In die vroeë jare van Marconi se draadlose senders is porseleinkapasitors vir hoëspanning- en hoëfrekwensietoepassings in die senders gebruik, terwyl kleiner mikakapasitors aan die ontvangerkant vir resonansiestroombane gedien het. Mikakapasitors is in 1909 deur William Dubilier uitgevind, en voor die Tweede Wêreldoorlog was mika die algemeenste diëlektrikum vir kapasitors in die Verenigde State.
Charles Pollak, die uitvinder van die eerste elektrolitiese kapasitors, het vasgestel dat die oksiedlaag op 'n aluminiumanode stabiel bly in 'n neutrale of alkaliese elektroliet, selfs wanneer die krag afgeskakel is. In 1896 is Amerikaanse patent nr. 672 913 aan hom toegeken vir 'n "elektriese vloeistofkapasitor met aluminiumelektrodes". Vastestof-elektroliet-tantaalkapasitors is in die vroeë 1950's deur Bell Laboratories uitgevind as 'n verkleinde en betroubaarder laespanningkapasitor om hulle nuwe uitvinding, die transistor, te ondersteun.
Met die ontwikkeling van plastiekmateriale deur organiese chemici gedurende die Tweede Wêreldoorlog het die kapasitorbedryf papier met dunner polimeerfilms begin vervang; een baie vroeë ontwikkeling in filmkapasitors is in 1944 in die Britse patent 587 953 beskryf. Elektriese dubbellaagkapasitors, vandag bekend as superkapasitors, is in 1957 uitgevind toe H. Becker 'n "laespanning-elektrolitiese kapasitor met poreuse koolstofelektrodes" ontwikkel het. Omdat die dubbellaagmeganisme destyds nog onbekend was, het hy in die patent geskryf dat dit nie presies bekend is wat in die komponent gebeur wanneer dit vir energiestoring gebruik word nie, maar dat dit tot 'n buitengewoon hoë kapasiteit lei.
Die MOS-kapasitor is later wyd as stoorkapasitor in geheuechips gebruik en as die basiese boublok van die ladinggekoppelde toestel (CCD) in beeldsensortegnologie. In 1966 het Robert Dennard die moderne DRAM-argitektuur uitgevind, wat een MOS-transistor per kapasitor kombineer.
Fisika Oorsig duimnael|class=skin-invert-image|Ladingskeiding in 'n parallelplaatkapasitor veroorsaak 'n interne elektriese veld. 'n Diëlektrikum (oranje) verklein die veld en verhoog die kapasitansie. 'n Kapasitor bestaan uit twee elektrodes, of plate, wat elk 'n teenoorgestelde lading stoor. Die twee plate is geleiers wat deur 'n isolator, of diëlektrikum, geskei word. Die lading word op die oppervlakte van die plate gestoor teen die grens met die diëlektrikum. Aangesien elke plaat dieselfde hoeveelheid van die teenoorgestelde lading stoor is die netto lading wat in die kapasitor gestoor is nul.
Die nie-geleidende gebied tussen die plate kan 'n vakuum of 'n isolerende materiaal wees. Voorbeelde van diëlektriese media is glas, lug, papier, plastiek, keramiek en selfs die verarmingsgebied van 'n halfgeleier wat chemies dieselfde is as die geleiers. Volgens Coulomb se wet oefen die lading op die een geleier 'n krag op die ladingsdraers in die ander geleier uit: lading van die teenoorgestelde polariteit word aangetrek en lading van dieselfde polariteit afgestoot, sodat 'n teenoorgestelde lading op die oppervlak van die ander geleier geïnduseer word. Die twee geleiers hou dus gelyke en teenoorgestelde ladings op hulle teenoorliggende oppervlaktes vas, en in die diëlektrikum ontwikkel 'n elektriese veld.
In die diagram hierlangs veroorsaak die roterende molekules 'n teenoorgestelde elektriese veld wat die veld van die plate gedeeltelik uitkanselleer. Dit word diëlektrikum-polarisasie genoem.
Kapasitansie van 'n kapasitor duimnael|Die gepolariseerde diëlektrikum tussen die plate van 'n gelaaide kapasitor Wanneer 'n elektriese lading op die plate opbou word 'n elektriese veld geskep in die gebied tussen die plate wat proporsioneel is aan die lading tussen die plate. Die veld veroorsaak 'n potensiaalverskil V = Ed tussen die twee plate. Die elektrone van die diëlektrikum-molekules word deur die elektriese veld beïnvloed en die molekules roteer 'n bietjie vanaf hulle ewewigsposisie.
Die kapasitansie van 'n kapasitor is die maat van die elektriese lading wat gestoor is op elke plaat gegee 'n potensiaalverskil of spanning wat oor die bestaan.
waar C die kapasitansie is, Q die lading wat in elke plaat gestoor is, en V die spanning oor die plate is.
Die SI-eenheid vir kapasitansie is die farad. 'n Kapasitor van een farad stoor een coulomb lading wat 'n potensiaalverskil van een volt veroorsaak oor die plate. Aangesien die farad 'n baie groot eenheid is word kapasitansie gewoonlik in mikrofarad (µF), nanofarad (nF) of pikofarad (pF) gegee. Die eenheid is na die Britse fisikus Michael Faraday vernoem.
By praktiese toestelle beïnvloed die opbou van lading die kapasitor soms meganies, sodat die kapasitansie self verander. In sulke gevalle word die kapasitansie in terme van inkrementele veranderinge gedefinieer:
Die kapasitansiewaarde is eweredig aan die oppervlak van die plate en omgekeerd eweredig aan die afstand tussen die plate. Die kapasitansie van 'n parallelplaatkapasitor word gegee deur die vergelyking:
waar C die kapasitansie is, ε die permittiwiteit van die diëlektrikum is, A die oppervlak van die plate is, en d die afstand tussen die plate is.