Un modelo mental de condensador simple (no es bueno para predicciones cuantitativas pero es útil para "solo imaginar") incluye la gravedad y el agua y un tanque: con estas condiciones:
- El área de la base del tanque se puede comparar con la capacitancia del capacitor.
- La altura del tanque está relacionada con el voltaje máximo permitido, si lo hay, para el capacitor.
- La cantidad de agua en el tanque está relacionada con la carga almacenada en un condensador.
- Se necesita trabajo para bombear agua al tanque y cuanto más alto sea el nivel de agua que ya se encuentra en el tanque, más trabajo se requiere para bombear más agua en él.
- Un tanque lleno más alto puede realizar más trabajo con la misma cantidad de agua liberada debido a la mayor presión disponible.
Ahora veamos una de las relaciones fundamentales de un capacitor, donde la carga total en el capacitor tiene esta relación con la capacitancia y el voltaje medido entre sus dos terminales:
$$ Q = C \: V $$
Volviendo al modelo del tanque de agua, esto básicamente dice que el volumen de agua en el tanque es igual al área del tanque (capacitancia) multiplicada por la altura del nivel de agua (voltaje en los dos terminales) en el tanque .
Lo que tiene sentido.
Veamos otra relación de un condensador:
$$ U = \ frac {1} {2} C \: V ^ 2 $$
Esto también es bastante fácil. Si imagina que usar una cierta cantidad de agua de un tanque que tiene un nivel de agua particular y, por lo tanto, la capacidad de poner una cierta presión detrás de esa agua a medida que la usa, entonces debería ser bastante obvio que puede hacer más trabaje con un galón de agua cuando el tanque está más lleno que cuando no está tan lleno. El galón explota más fuerte con un tanque más lleno.
Con un tanque lleno, la presión comienza a trabajar más y gradualmente se vuelve más y más débil hasta que al final, aún con un poco de agua, no hay mucha presión detrás. Si imagina esta medida de "trabajo duro" como el eje y, y el tiempo en el eje x, puede dibujar una línea que comienza alta al principio y luego se inclina hacia abajo a la derecha hasta que se queda sin agua y la línea golpea el eje x en algún momento en el futuro. El trabajo total realizado con todo el tanque será solo el área en ese triángulo. Si la altura de presión inicial es \ $ C \: V \ $ (el agua total en el tanque) y el tiempo es \ $ V \ $ (la altura total de agua que debe usar), entonces el área total aquí es que del área de un triángulo simple, que es lo que te muestra la ecuación anterior de \ $ U \ $.
Un \ $ 1 \: \ textrm {F} \ $ capacitor es entonces un tanque de área muy grande. Si lo llena hasta la altura de \ $ 1 \: \ textrm {V} \ $, entonces el volumen total será \ $ 1 \: \ textrm {C} \ $. Pero hay menos "presión" a pesar del gran volumen. Entonces, el trabajo que puede hacer es solo \ $ \ frac {1} {2} \: \ textrm {J} \ $ (asumiendo de manera optimista el 100% de eficiencia).
En comparación, un \ $ \ frac {1} {2} \: \ textrm {F} \ $ capacitor es un tanque con la mitad del área de la base. Necesitaría llenarlo dos veces más alto, a una altura de \ $ 2 \: \ textrm {V} \ $, para que el volumen total sea igual a \ $ 1 \: \ textrm {C} \ $ como antes. Pero ahora hay más "presión" utilizable en general, a pesar del mismo volumen que antes. Así que el trabajo que puede hacer es el doble, o \ $ 1 \: \ textrm {J} \ $!
Esto se debe a que, durante una parte del tiempo, la corriente de agua (en esta analogía) está bajo más presión y, por lo tanto, puede hacer mucho más trabajo para marcar la diferencia al final. Ambos tienen el mismo agua total para trabajar. Pero uno de ellos tiene un flujo de trabajo más duro durante parte del tiempo, por así decirlo.
Nada de eso cambia el hecho de que en ambos casos solo hay mucha agua para trabajar. Pero algo de eso puede hacer más trabajo en un caso, que en el otro.
También, observe que en ambos casos, la altura (voltaje) disminuye. En el caso de una manguera de jardín conectada al fondo de un tanque, es posible que haga girar un rociador de césped mientras la altura del tanque esté por encima de alguna línea pero no por debajo de esa. De manera similar, un circuito podría funcionar siempre que la tensión en el capacitor esté por encima de cierta tensión, pero no por debajo de esa. No es tan diferente, en este sentido.
¿Eso ayuda?