Condensador elétrico

Um condensador guarda carga elétrica em dois condutores separados por um isolante. Ligado a uma tensão, carrega-se, e pode devolver essa carga a um circuito numa fração de segundo. O primeiro foi a garrafa de Leiden, descoberta em 1745 por Ewald von Kleist na Pomerânia e no início de 1746 em Leiden. Hoje os condensadores sintonizam rádios, alisam fontes de alimentação e acumulam energia para impulsos breves.

O que é

Um condensador é formado por dois condutores, as armaduras, separados por um isolante, o dielétrico. Quando é ligado a uma tensão, entra carga numa armadura e sai uma carga igual da outra, até a tensão entre as armaduras igualar a da fonte. Desligado, conserva essa carga, e quando as armaduras são unidas através de um circuito a carga volta a sair. A sua capacidade, a carga que guarda por cada volt, mede-se em farads, em honra de Michael Faraday. Um farad é muitíssimo: os pequenos condensadores da eletrónica contam-se em milionésimos ou mil-milionésimos de farad.

Um condensador eletrolítico: uma faixa na manga indica o terminal que deve ir para o lado negativo.

Há condensadores em quase todos os circuitos. Com uma bobina formam o circuito sintonizado que escolhe uma estação entre todas as que chegam à antena de um rádio. Nas fontes de alimentação preenchem as quebras da corrente, e no flash de uma máquina fotográfica acumulam energia devagar e libertam-na de uma só vez. O computador ENIAC, apresentado em 1946, tinha cerca de 10 000.

Fabricam-se muitos tipos, que tomam o nome do seu dielétrico: ar, mica, papel encerado, cerâmica, película de plástico. Num condensador eletrolítico, o isolante é uma película de óxido formada sobre uma folha de alumínio e, como tem apenas 10 a 100 mil-milionésimos de metro de espessura, uma pequena cápsula oferece uma grande capacidade. Um condensador destes tem um terminal positivo e um negativo e tem de ser ligado no sentido certo.

Como funciona

A capacidade aumenta com a superfície das armaduras que ficam frente a frente, diminui quando o espaço entre elas aumenta e cresce com um isolante que acolhe mais carga do que o ar, como o vidro, a mica ou certas cerâmicas. No condensador variável de um rádio antigo, um conjunto de placas roda sobre um eixo e entra entre placas fixas sem lhes tocar. Ao rodar o botão, muda a parte de cada placa que fica em frente às vizinhas e, com ela, a capacidade e a estação sintonizada.

Um vidro armado: duas folhas de metal nas duas faces de um vidro formam um condensador.

A energia armazenada cresce com a capacidade e com o quadrado da tensão: com o dobro da tensão, um condensador guarda quatro vezes mais energia. Depois de carregado, deixa de passar corrente contínua, mas uma corrente alternada, que muda de sentido sem parar, entra e sai dele continuamente. Um condensador devolve a carga muito mais depressa do que uma bateria. Uma bateria armazena energia em transformações químicas dos seus elétrodos e liberta-a mais devagar, mas contém muito mais para o seu peso.

Um supercondensador, ou condensador eletroquímico de dupla camada, é outro dispositivo. Os seus dois elétrodos são de carbono poroso embebido num eletrólito. A carga acumula-se numa camada de iões situada a poucas décimas de mil-milionésimo de metro da superfície do carbono, sobre uma superfície que pode chegar a mil metros quadrados por grama de carbono. Por centímetro quadrado, a sua capacidade é cerca de dez mil vezes a de um condensador comum, mas cada célula só aguenta cerca de 3 volts antes de o eletrólito se decompor. Armazena três a quatro vezes menos energia do que uma bateria do mesmo peso, carrega e descarrega muito mais depressa e, em condições adequadas, pode durar até um milhão de ciclos.

Um condensador pode guardar uma carga perigosa muito depois de o aparelho ter sido desligado e retirado da tomada. Os de televisores, fornos de micro-ondas, flashes e fontes de alimentação podem dar um choque mortal. Nunca abra esses aparelhos; descarregá-los e repará-los é trabalho de um técnico qualificado.

História e evolução

As primeiras garrafas de Leiden eram frascos de água seguros na mão, com um fio que atravessava a rolha.

Na década de 1740, os experimentadores carregavam objetos com máquinas de fricção e tiravam deles faíscas. Em 1745, Ewald Georg von Kleist, clérigo na Pomerânia, carregou através de um fio um recipiente de vidro com água e recebeu um forte choque ao tocar no fio enquanto segurava o recipiente; comunicou-o por carta no fim do ano. Em Leiden, em janeiro de 1746, Pieter van Musschenbroek e o seu amigo Andreas Cunaeus fizeram a mesma descoberta. Cunaeus segurava numa mão um copo de água ligado à máquina e tocou no fio com a outra. A 20 de janeiro de 1746, Musschenbroek escreveu a René de Réaumur, em Paris; o abade Nollet repetiu a experiência e leu a carta na Academia das Ciências em abril. O aparelho recebeu o nome de garrafa de Leiden. Pouco depois passou a ser revestido por dentro e por fora com folha metálica.

Benjamin Franklin estudou a garrafa em Filadélfia. Numa carta a Peter Collinson datada de 29 de abril de 1749, concluiu que a força da garrafa está no próprio vidro, limitando-se os condutores de cada lado a trazer e a levar a carga. Fez versões planas, vidros armados nas duas faces, e juntou onze grandes vidros de janela revestidos de finas placas de chumbo naquilo a que chamou uma bateria elétrica.

Os condensadores do século XX nasceram das necessidades da rádio e da eletrónica: papel encerado e folha metálica enrolados, mica, discos de cerâmica e condensadores eletrolíticos com as suas finas películas de óxido. Em 1954, Howard I. Becker, da General Electric, pediu a patente de um condensador de baixa tensão com elétrodos de carbono poroso mergulhados numa solução de ácido sulfúrico ou de cloreto de amónio; concedida em 1957, indicava 0,8 farads para uma célula de ensaio com 5 cm de comprimento. A Standard Oil Company of Ohio construiu depois células com eletrólito orgânico carregadas a cerca de 3 volts. A empresa japonesa NEC, com licença da Standard Oil, pôs à venda supercondensadores na década de 1970.